ШАРОВОЙ ШАРНИР

Заявляемая полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности, к шаровым шарнирам реактивных штанг балансирных подвесок автомобиля и может быть использована в производстве автомобильной техники.
Известны аналоги заявляемого технического решения, например, шаровой шарнир, описанный в патенте на полезную модель RU 19885, МПК F16C 11/06, содержащий палец с шаровой головкой с размещенным на ней вкладышем, установленным в корпусе, поджатый пружиной и закрытый заглушкой. Шарнир является саморегулирующимся и на внутренней сферической поверхности пластмассового вкладыша выполнены меридиональные канавки. В данном шарнире обеспечиваются благоприятные условия для смазывания трущихся поверхностей деталей, повышение износостойкости и долговечности, а также снижение трудоемкости технического обслуживания узла в эксплуатации. Однако шарнир в целом имеет сложную конструкцию.
Известен также шаровой шарнир, описанный в патенте на полезную модель RU 55058, МПК F16C 11/06, содержащий корпус наконечника, оснащенный гнездом под вкладыш с размещенной в нем металлической шаровой головкой пальца. 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. В качестве смазки использована невысыхающая силиконовая смазка. Недостаток этого шарнира заключается в наличии трущихся поверхностей деталей, требующих нанесения на них смазки, отсутствие которой может привести к разрушению узла.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по технической сути, выбран шаровой шарнир, описанный в патенте на полезную модель RU 72284, МПК F16C 11/06, опубликовано 10.04.2008 г., содержащий корпус наконечника с гнездом, в котором размещен вкладыш, охватывающий металлическую головку пальца. При этом вкладыш выполнен из износостойкого материала с высоким коэффициентом упругости и сжат при сборке в пределах 5 - 8% от первоначального объема и обеспечивает качание пальца вокруг геометрического центра шарнира в пределах заданного телесного угла. Головка пальца может иметь сферическую или цилиндрическую форму. Вкладыш выполнен из полимерного материала, а палец шарнира может быть выполнен полым со сквозным отверстием. Недостатком прототипа, а также перечисленных аналогов является относительно высокая себестоимость шарового пальца (либо цилиндрического). Дело в том, что шаровые пальцы во всех перечисленных шарнирах представляют собой конструкцию, выполненную из цельной металлической заготовки (прутка). Для изготовления шарнира, например, со сферической головкой пальца исходную заготовку (пруток) в нагретом состоянии раскатывают на специальных вальцах для придания заготовке формы усеченного конуса. После этого следует механическая обработка на токарном оборудовании, в результате чего получают палец со сферической головкой. Себестоимость изготовления по приведенной технологии одного из типоразмеров пальца составляет 220 рублей, что является довольно высокой величиной.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является упрощение процесса изготовления пальца шарнира и снижение его себестоимости.
Достигается это тем, в шаровом шарнире, содержащем корпус наконечника с гнездом, в котором размещен вкладыш из упругого материала, охватывающий головку пальца и обеспечивающий качание пальца вокруг геометрического центра шарнира в пределах заданного телесного угла, согласно полезной модели палец шарнира и головка пальца выполнены из отдельных, стыкуемых друг с другом деталей, при этом в головке пальца со стороны, обращенной к основанию пальца, выполнено сквозное отверстие с опорным пояском, а основание пальца выполнено в виде цилиндра, причем диаметры сквозного отверстия головки пальца и цилиндрического основания пальца выбирают такими, чтобы они обеспечивали возможность запрессовки основания пальца в головку.
Кроме того, головка пальца может иметь сферическую или цилиндрическую форму. Кроме того, вкладыш может быть выполнен из полимерного материала. Кроме того, палец шарнира может быть выполнен полым со сквозным отверстием. Кроме того, на торце цилиндрического основания пальца может быть выполнена фаска.
Кроме того, в зоне контакта головки пальца с цилиндрическим основанием пальца в головке пальца может быть выполнена выемка произвольной формы, симметрично охватывающая среднюю часть цилиндрического основания пальца.
Суть заявляемой полезной модели приведена на фиг.1, на которой показан разрез шарового шарнира.
Шарнир содержит гнездо с кольцевым выступом 6, выполненное в наконечнике 1 реактивной штанги. В гнезде установлен вкладыш 2, выполненный из упругого, например, полимерного материала (уретана), охватывающий головку 3 пальца 4. Вкладыш 2 опирается на посадочные чашки 5, обеспечивающие точную посадку шарнира во внутреннюю поверхность гнезда, и фиксируется внутри гнезда посредством поджимной крышки 7, крепящейся с помощью болтов 8, установленных в резьбовых отверстиях 9. Вкладыш 2 обеспечивает качание пальца 4 вокруг геометрического центра (точка М) шарнира в пределах заданного телесного угла. Палец 4 и головка 3 шарнира (на фиг.1 показана сферическая головка) выполнены из отдельных, стыкуемых друг с другом деталей. В головке 3 со стороны, обращенной к снованию пальца 4, выполнено сквозное отверстие 10 с опорным пояском 11, а основание пальца 4 выполнено в виде цилиндра 12. Диаметры отверстий 10 и цилиндра 12 выбирают такими, чтобы они обеспечивали возможность запрессовки цилиндрического основания пальца 4 в отверстие 10 головки 3. Опорный поясок 11 ограничивает посадку пальца 4 в отверстие 10 головки 3. Головка 3 может иметь сферическую либо цилиндрическую форму. Для существенного облегчения пальца 4 он внутри может быть выполнен полым, например, за счет сквозного отверстия 13. Для удобства запрессовки пальца 4 в головку 3 на торце цилиндрического основания 12 пальца выполняется фаска 14. Для облегчения запрессовки пальца 4 в головку 3 с одновременным снижением ее массы в головке может быть выполнена выемка 15 произвольной формы, симметрично охватывающая среднюю часть цилиндрического основания 12 пальца 4.
Головка 3 может изготавливаться из прутка, трубы, отливки или поковки соответствующего диаметра путем мехобработки. При этом в ней выполняют сквозное отверстие 10 с опорным пояском 11. Палец 4 также изготавливается как отдельная деталь из прутка или поковки соответствующего диаметра. После этого палец 4 запрессовывается в головку 3. Благодаря подобранным величинам диаметров отверстия 10 и цилиндрической части 12, палец прочно удерживается головкой 3 (без люфта и проворачиваний). При сборке шарнира вкладыш 2 устанавливают на головке 3. Сопрягаемые поверхности вкладыша и головки пальца соединяют с помощью клея или спеканием при высокой температуре, добиваясь соединения поверхностей с высокой степенью адгезии. Затем вкладыш с пальцем и посадочными чашками 5 устанавливают в гнездо наконечника 1 и фиксируют его положение с помощью болтов 8 и поджимной крышки 7. Поскольку сопрягаемые поверхности вкладыша и головки пальца прочно склеены между собой, головка пальца оказывается «подвешенной» в упругой среде. При эксплуатации палец отклоняется на некоторый угол относительно геометрического центра шарнира в точке М в пределах определенного заданного телесного угла. При отклонении пальца в работе участвуют все слои упругого материала вкладыша 2. Усилия равномерно распределяются по всему телу вкладыша и стремятся вернуть отклоненный палец в исходное положение. Таким образом, в шарнире нет деталей, образующих пары трения. Трение происходит между слоями вкладыша и компенсируется за счет упругих свойств материала вкладыша. Данная конструкция не требует смазки, что снижает трудоемкость ее технического обслуживания при эксплуатации. Вариант исполнения пальца полым позволяет существенно экономить металл при серийном производстве пальца.
Отметим преимущества заявляемого шарового шарнира по сравнению с аналогами и прототипом.
Во-первых, применение процесса изготовления пальца и головки из отдельных заготовок, например, пальца со сферической головкой, позволяет существенно сэкономить металл, поскольку сферическая головка имеет существенно больший диаметр, чем палец. Сферическая головка может быть изготовлена из более дешевого материала, чем палец, например, чугуна или низкоуглеродистой стали.
Во-вторых, при изготовлении пальца со сферической головкой отпадает необходимость раскатывания заготовки в горячем состоянии для придания ей формы усеченного конуса, что позволяет снизить себестоимость изготовления.
Расчеты, проведенные автором, показали, что себестоимость изготовления пальца со сферической головкой составляет приблизительно 180 рублей (против 220 рублей), в связи с чем экономия средств составляет приблизительно 18% за счет предложенной конструкции.
Предлагаемое техническое решение может быть изготовлено на известном отечественном либо импортном оборудовании, что говорит о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Учитывая изложенное, а также наличие отличительных признаков заявляемой модели по сравнению с прототипом, автор считает, что конструкция предлагаемого шарового шарнира может быть защищена патентом на полезную модель.