Рулевой наконечник

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к рулевым наконечникам с полусферическими пальцами, используемым в колесных транспортных средствах.
Известен шаровой шарнир, содержащий корпус наконечника, оснащенный гнездом под вкладыш с размещенной в нем металлической шаровой головкой пальца, характеризующийся тем, что вкладыш представляет собой монолитный цилиндрический элемент, выполненный из полиуретана и запрессованный в гнезде корпуса наконечника с дополнительным натягом, при этом вкладыш снабжен внутренней сферической полостью, в которой с возможностью поворота пальца размещена с предварительно нанесенной на нее смазкой шаровая головка. (патент на полезную модель № 55058, публ. 27.06.2006, МПКF16C 11/06 (2006.01). В качестве смазки шаровой головки пальца использована невысыхающая силиконовая смазка.  Шарнир применяется в конструкциях шаровых шарниров подвески колес и рулевых тяг грузового автомобильного транспорта. Технический результат: повышение функциональных характеристик вкладыша сферического шарнира при больших ударных нагрузках во всех рабочих направлениях, при упрощении конструкции и снижении затрат на его изготовление.
Недостатком данного шарнира являются дороговизна полиуретанового вкладыша, отсутствие защиты от попадания грязи и влаги в полость вкладыша, низкая нагрузка вырыва пальца из вкладыша, что снижает характеристики безопасности наконечника.
Известен шарнир с наконечником, содержащий корпус с размещенным в нем шаровым пальцем с вкладышем, поджатым пружинящим элементом, и закрытым крышкой, характеризующийся тем, что вкладыш состоит из нескольких частей, расположенных в корпусе с гарантированным зазором, а его наружная поверхность имеет форму конуса, эквидистантного конусному отверстию корпуса наконечника, кроме того наружная поверхность вкладыша и ответная ему внутренняя поверхность корпуса выполнены с взаимодействующими фиксирующими элементами (патент на полезную модель № 185908, публ. 24.12.2018, МПК F16C 11/06 (2006.01). В шарнире с наконечником пружинящий элемент выполнен в виде пружины, что вкладыш выполнен металлическим., фиксирующий элемент расположен на наружной поверхности одной или нескольких частей вкладыша, фиксирующий элемент вкладыша/корпуса выполнен в виде канавки, а ответный фиксирующий элемент корпуса/вкладыша выполнен в виде выступа, выступающий фиксирующий элемент выполнен вставным или монолитным, внутренняя поверхность вкладыша выполнена с канавками для нанесения смазочных материалов. Решение относится, в частности, к рулевому управлению грузового автомобиля и может быть использовано в конструкции шаровых шарниров с наконечниками продольных и поперечных тяг.
Недостатками данной конструкции являются применение металлического вкладыша, что снижает износостойкость соединения. Применение составного вкладыша и применение фиксирующего элемента повышает трудоемкость сборки. Применение фиксирующего элемента повышает трудоемкость изготовления и повышает стоимость изделия.
Известен рулевой наконечник для автомобиля «Газель», включающий головку с внутренним цилиндрическим сквозным отверстием и резьбовым концом для соединения рулевого наконечника с рулевой тягой автомобиля, во внутреннее сквозное отверстие устанавливается сборочный узел, включающий вставной корпус с наружной соответствующей цилиндрической поверхностью, палец с  полусферической головкой, устанавливаемый вместе  со втулкой во вставной корпус, пружину, упирающуюся верхней частью во втулку, а нижней частью -  в заглушку, завальцованную  во вставном корпусе, при этом внутренняя поверхность вставного корпуса и соответствующая наружная поверхность втулки выполнены конической формы, с уменьшением сечения конуса по направлению вверх, с переходом вверху конусной поверхности в отверстие меньшего диаметра, при этом втулка имеет внизу полости, нижняя кромка втулки охватывает полностью нижнюю поверхность полусферической головки пальца. Таким образом, рулевой наконечник представляет собой сборочный узел, состоящий из собственно наконечника, вставного корпуса в сборе и защитного чехла. (https://vmasshtabe.ru/wp-content/uploads/2017/05/511143-vms-Titulnyiy-nakonechnik.jpg).
Недостатком такой конструкции является наличие дополнительного вставного корпуса, что усложняет узел и увеличивает трудоемкость и стоимость изделия.
Известен рулевой наконечник поперечной рулевой тяги автомобиля УАЗ- 451М, включающий корпус наконечника (9)  с внутренними цилиндрическими ступенчатыми сквозными отверстиями и резьбовым концом для соединения рулевого наконечника с поперечной рулевой тягой автомобиля, палец (3) с полусферической головкой, имеющий полусферы  различного диаметра:  большого диаметра - сверху и меньшего диаметра - снизу, при этом верхняя полусфера пальца имеет возможность вращаться во вкладыше (8), играющем роль подшипника, а нижняя полусфера не играет роль подшипника, а является всего лишь нижней опорой пальца, упирающейся  в пяту опорную (10), которая подпирается снизу пружиной (11), нижний конец пружины упирается в заглушку (12), удерживаемую от выпадания стопорным кольцом (13), установленным в кольцевой расточке нижней части корпуса наконечника. В верхней части палец (3) герметизируется резиновым кольцом (5) с установкой сферических шайб (6 и 7). При установке поперечной рулевой тяги (14) на поворотный рычаг (не показан) осуществляется затяжка гайки (2) с законтриванием ее шплинтом (1)(https://auto.kombat.com.ua/img/to0/tr2/s083.jpg).По совокупности существенных признаков принимаем рулевой наконечник автомобиля УАЗ- 451М за прототип.
Прототип имеет следующие недостатки:
- сложность сборки изделия;
- низкая износостойкость подшипника;
- отсутствие плавности хода пальца;
-- плохая герметичность колпачка
Преимущества заявляемой конструкции рулевого наконечника в качестве полезной модели по сравнению с прототипом:
1. Простота сборки.
2. Обеспечение постоянных моментов качания и вращения пальца в подшипнике за счет применения пружины и конической формы зоны контакта подшипник-корпус.
3. Большая площадь прилегания сферы пальца и сферы подшипника по сравнению с   конструкцией   прототипа, а, следовательно, и большая долговечность изделия.
4. Лучшая герметичность наконечника за счет применения резинового чехла и уплотнительного металлического кольца, создающего постоянный натяг в соединении чехол-палец.
5. Применение подшипника из полимерного материала дает плавность хода пальца, лучшую износостойкость и долговечность.
6. Возможность автоматизировать процесс сборки.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в устранении недостатков прототипа, упрощении конструкции, создании контактной сферической поверхности палец-втулка большей площади, использовании износостойкого полимерного материала, упрощении и автоматизации сборки, в повышении надежности и срока службы рулевого наконечника.
Технический результат достигается решением технической задачи по созданию рулевого наконечника транспортного средства, содержащего корпус с размещенным в нем шаровым пальцем с вкладышем, поджатым пружинящим элементом и закрытым заглушкой, при этом корпус имеет резьбовой конец для соединения рулевого наконечника с рулевой тягой автомобиля, шаровой палец с резьбовым концом (для крепления его с рулевым механизмом автомобиля) и со сферической поверхностью, контактирующей со сферической  внутренней поверхностью вкладыша, характеризующегося тем, что:
- внутренняя полость корпуса рулевого наконечника в зоне контакта с вкладышем, а также соответствующая наружная боковая поверхность вкладыша выполнены конической формы,
- сферическая поверхность   боковой поверхности головки шарового пальца в зоне контакта с вкладышем выполнена одним радиусом, причем большая часть контактирующей с вкладышем поверхности головки находится ниже горизонтальной плоскости, проходящей через центр сферы,
- вкладыш выполнен из полимерного износостойкого материала и имеет внутреннюю сферическую поверхность, соответствующую  сферической поверхности головки пальца, причем внутренний диаметр верхней кромки вкладыша меньше диаметра полусферической поверхности (обеспечивая защелкивание вкладыша на сферической головке пальца при сборке), боковая коническая поверхность вкладыша и его горизонтальная поверхность образуют верхнюю часть усеченного конуса, причем верхний наружный диаметр  конуса  больше, чем  диаметр  верхней кромки конической поверхности внутренней полости корпуса (обеспечивая дополнительное расстояние  между верхней конической частью вкладыша и соответствующей верхней кромки конической поверхности внутренней полости корпуса, что позволяет по мере износа внутренней поверхности вкладыша перемещаться на незначительное расстояние вверх за счет автоматического поджима вкладыша вверх усилием пружины), а в нижней своей части вкладыш имеет внутренний кольцевой выступ вовнутрь с нижней поверхностью, охватывающий нижнюю часть головки пальца, а также формирующий посадочное гнездо под верхнюю внутреннюю часть пружины.  Такой вариант вкладыша предполагается использовать, например, в варианте 1 заявляемой полезной модели.
Кроме того, рулевой наконечник характеризуется тем, что   вкладыш имеет в нижней своей части внутреннее тороидальное углубление П-образной формы в сечении, со скругленной верхней кромкой, с диаметром, соответствующим наружному диаметру верхней кромки пружины для формирования посадочного гнезда под пружину, при этом верхняя поверхность углубления находится выше срезанной кромки сферической части пальца в его среднем положении. Такой вариант вкладыша предполагается использовать, например, в варианте 2 заявляемой полезной модели.
Существо заявляемой полезной модели представлено на фигуре 1, изображающей разрез рулевого наконечника по его корпусу.
Заявляемый в качестве полезной модели рулевой наконечник представляет собой по существу съемный шаровой шарнир рулевой тяги и включает шаровой палец 1 с полусферической поверхностью 2 и резьбовым наконечником 3. На полусферическую поверхность 2   пальца 1 одевается вкладыш 4, являющийся по существу подшипником,  из полимерного износостойкого материала с гарантированным обжимом за счет ее внутренней и наружной конфигурации, а также пластической деформации, причем внутренний диаметр верхней кромки вкладыша меньше диаметра полусферической поверхности, обеспечивая защелкивание вкладыша на сферической головке пальца при сборке.
При установке вкладыша 4 его нижняя кромка 5 обжимает нижнюю часть полусферы пальца. После установки пальца 1 с вкладышем 4 в корпус 7 наконечника устанавливается пружина 8 на нижнюю горизонтальную часть 6 вкладыша и с центровкой относительно наружной поверхности кромки 5 вкладыша 4, затем на пружину устанавливается заглушка 9. При надавливании на заглушку 9 под рассчитанным усилием производится завальцовка заглушки путем деформации нижней кромки корпуса 7, которая выполнена заедино с резьбовым концом 10. С помощью резьбового конца 10 осуществляется соединение рулевого наконечника с рулевой тягой при необходимости с регулировкой правильности установки колес.
Таким образом, заявляемый в качестве полезной модели рулевой наконечник в варианте 1 представляет с собой корпус, имеющий внутреннюю коническую полость. В конической полости установлен подшипник из полимерного материала, который полностью утоплен в корпус. Между плоскостью большего конуса подшипника и плоскостью большего диаметра конуса корпуса имеется зазор для того, чтобы заглушка (обойма) не контактировала с подшипником. Между плоскостью малого конуса подшипника и плоскостью малого конуса корпуса имеется зазор для обеспечения постоянного натяга и компенсации износа подшипника. Положение подшипника фиксируется заглушкой, установленной в корпус путем закатки. Между подшипником и обоймой установлена пружина, предназначенная для придания постоянного натяга в соединении палец-подшипник и компенсации износа.
Для защиты от попадания грязи и влаги наконечник защищен чехлом защитным 11 из резинового материала. Для обеспечения герметичности соединения чехол-палец на чехол установлено металлическое кольцо, которое обеспечивает постоянный натяг между чехлом и пальцем и компенсирует износ внутренней контактирующей части чехла.
Заявляемый рулевой наконечник предназначается для различных автомобилей. Он отличается высокой технологичностью, надежностью, долговечностью и удобством в эксплуатации.