СФЕРИЧЕСКИЙ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ШАРНИР

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к узлам экипажной части подвижного состава и может быть использована для снижения ударных и вибрационных нагрузок агрегатов и оборудования в любой области техники.
Известен сферический резинометаллический шарнир, содержащий внутреннюю втулку с наружной сферической поверхностью, разрезную наружную втулку из двух колец с внутренними сферическими поверхностями, и резиновый элемент, соединенный вулканизацией со сферическими поверхностями внутренней и наружной втулок (см. Кожевников С.Н. Механизмы. Справочник. Изд. 4, перераб. и доп. / С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин – М., Машиностроение, 1976, С. 734-735, рис. 12.52).
Недостатком данного шарнира является ограниченная возможность поворота наружных втулок относительно внутренних, поскольку при этом сдвиг внутренней поверхности резинового слоя относительно наружного не должен превышать 0,10-0,15 от толщины резинового элемента для стационарной динамической деформации (см. Потураев В.Н. Резиновые и резинометаллические детали машин / В.Н. Потураев. - М., Машиностроение, 1966 - С. 140). Увеличение толщины резинового элемента ведет к снижению радиальной жесткости шарнира и к увеличению деформаций сжатия резинового элемента при приложении внешней нагрузки. Если одновременно необходимо обеспечить высокую радиальную нагрузку на шарнир и значительные углы поворота, например, в узлах подвески рельсовых экипажей, известны случаи повреждения подобных шарниров в виде выдавливания резины из шарниров (см. Корнев, A.M. Модернизация системы подвешивания ТЭД электровоза постоянного тока 2ЭС6 / A.M. Корнев, Д.В. Липунов // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов. - Омск: ОмГУПС, 2016. - С. 237; Алексеева М.С.Анализ работы тепловозов серии 2ТЭ25А «Витязь» на Дальневосточной железной дороге / М.С.Алексеева // Технические науки - от теории к практике: сб. ст.по матер. LVIII междунар. науч.-практ. конф. №5(53). Часть П. - Новосибирск: Си-бАК, 2016. - С. 63.).
Известен сферический резинометаллический шарнир, содержащий трехсекционное металлическое кольцо, внутренняя поверхность которого образует сферу, втулку с шаровой внешней поверхностью, пространство между сферой и шаром заполнено амортизационной резиной, привулканизованной к сопрягаемым поверхностям втулки и кольца и имеющей предварительный натяг (см. Повышение надежности экипажной части тепловозов: монография / А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др. Под ред. Л.К. Добрынина. - М., Транспорт, 1984, С. 166-167, рис. 80).
Указанный шарнир имеет те же недостатки, что и рассмотренный выше, поскольку геометрия резинового слоя при разделении металлического кольца на три сегмента остается той же.
р
Известен способ сборки резинометаллического сферического шарнира, включающий соосную установку двух внешних колец с внутренними сферическими поверхностями, с зазором между взаимообращенными торцами, размещение внутри колец втулки с наружной сферической поверхностью, установку между втулкой и кольцами резинового элемента с осевой кольцевой выемкой на наружной поверхности, вулканизацию резинового элемента, предварительную затяжку колец до закрытия кольцевой выемки и фиксацию колец в указанном положении, форму выемки выполняют, исходя из соотношения , где В - ширина выемки на расстоянии δ мм; δ - расстояние от плоскости, параллельной продольной оси шарнира и касательной к сферической поверхности колец, мм; α - угол раскрытия резинового элемента, определяемый вертикальной осью симметрии шарнира и прямой, проходящей через центр шарнира и торец внутренней поверхности кольца, град.; R - радиус наружной сферической поверхности резинового элемента, мм; h - толщина резинового элемента, мм; Δ - предварительная радиальная деформация сжатия резинового элемента (см. Способ сборки сферического резинометаллического шарнира. А.С. СССР №14903807 / B.C. Коссов, А.И. Кокорев, В.А. Лысак, В.А. Пузанов, B.C. Авраменко, О.В. Измеров. Опубл. 15.07.89, бюл. №26.).
В шарнире такой конструкции долговечность повышена за счет снижения относительных растягивающих деформаций на гранях кольцевой выемки резинового слоя при затяжке, поскольку при указанной форме выемки после сборке боковые поверхности выемки соприкасаются друг с другом, что препятствует дальнейшей их деформации и появления напряжений растяжения, вызывающих рост поверхностных трещин. Указанный шарнир имеет те же недостатки, что и описанные выше.
Известно, что цилиндрические резинометаллические блоки с двуслойной резиновой втулкой имеют радиальную жесткость в несколько раз выше, чем с однослойной (см. 6. Потураев В.Н. Резиновые и резинометаллические детали машин [Текст]. - Москва: Машиностроение, 1966, С. 153, 159, рис. 105 г).
В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбран сферический резинометаллический шарнир, содержащий внутреннюю втулку с наружной сферической поверхностью, наружную втулку с внутренними сферическими поверхностями, резиновый элемент, соединенный вулканизацией со сферическими поверхностями внутренней и наружной втулок и внутренней металлической арматурой, причем наружная и внутренняя втулки, резиновый элемент и металлическая арматура выполнены из двух частей, с плоскостью разъема, перпендикулярной оси продольного отверстия внутренней втулки (см. Jacques Bourgeot. Resilient swivel joint for railway car suspensions, US Patent №5031545, Jul. 16, 1991.)
Недостаток прототипа заключается в том, что в собранном шарнире поверхности резинового элемента, обращенные друг к другу, не соприкасаются, что приводит к возникновению напряжений растяжений на поверхностях резинового элемента и снижению долговечности при воздействии переменных нагрузок. Шарнир не может выдерживать нагрузок, направленных радиально к оси шарнира, поскольку наружная втулка упрется в диск, разделяющий часта внутренней втулки. Кроме того, части внутренней втулки не центрируются друг относительно друга, что может привести к их поперечному смещению, препятствующему монтажу узла, частью которого является шарнир.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении нагрузочной способности шарнира в радиальном направлении, повышении долговечности шарнира и снижении затрат при ремонте посредством взаимного центрирования частей внутренней втулки.
Это достигается тем, что сферический резинометаллический шарнир, содержащий внутреннюю втулку с наружной сферической поверхностью, наружную втулку с внутренними сферическими поверхностями, резиновый элемент, соединенный вулканизацией со сферическими поверхностями внутренней и наружной втулок и внутренней металлической арматурой, причем наружная и внутренняя втулки, резиновый элемент и металлическая арматура выполнены из двух частей, с плоскостью разъема, перпендикулярной оси продольного отверстия внутренней втулки, содержит ступенчатую цилиндрическую втулку с гладкой средней частью, резьбовыми концами с одинаковыми диаметрами резьбы и отверстием с диаметром, равным или больше диаметра продольного отверстия во внутренней втулке, каждая из частей внутренней втулки имеет ступенчатую проточку со стороны, направленной к середине шарнира и состоящей из гладкой части с внутренним диаметром, равным наружному диаметру гладкой части ступенчатой цилиндрической втулки, и резьбовой части с диаметром резьбы, равным диаметру резьбы на ступенчатой цилиндрической втулке, а поверхности частей резинового элемента, обращенные друг к другу, после установки шарнира в охватывающую деталь соприкасаются друг с другом без зазора между ними.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид сферического резинометаллического шарнира в сборе перед установкой в деталь; на фиг. 2 - вид после установки в деталь.
Предлагаемый сферический резинометаллический шарнир содержит внутреннюю втулку 1 с наружной сферической поверхностью, наружную втулку 2 с внутренними сферическими поверхностями, резиновый элемент 3, соединенный вулканизацией со сферическими поверхностями внутренней втулки 1, наружной втулки 2 и внутренней металлической арматурой 2, причем внутренняя втулка 1, наружная втулка 2, резиновый элемент 3 и металлическая арматура 4 выполнены из двух частей, с плоскостью разъема, перпендикулярной оси продольного отверстия внутренней втулки 1.
Сферический резинометаллический шарнир содержит ступенчатую цилиндрическую втулку 5 с гладкой средней частью, резьбовыми концами с одинаковыми диаметрами резьбы и отверстием с диаметром, равным или больше диаметра продольного отверстия во внутренней втулке 1, каждая из частей внутренней втулки 1 имеет ступенчатую проточку со стороны, направленной к середине шарнира и состоящей из гладкой части с внутренним диаметром, равным наружному диаметру гладкой части ступенчатой цилиндрической втулки 5, и резьбовой части с диаметром резьбы, равным диаметру резьбы на ступенчатой цилиндрической втулке 5.
Перед сборкой резинометаллического сферического шарнира, каждая из частей внутренней втулки 1, наружной втулки 2 и металлической арматуры 4 закрепляются в положении, соответствующем их взаимному положению на рисунке фиг. 1, и к ним привулканизовывается часть резинового элемента 3 известным способом, например, вулканизацией при изготовлении резинового элемента 3 в форме путем формования или литья под давлением. Далее обе части внутренней втулки 1 свинчиваются со ступенчатой цилиндрической втулкой 5 до соприкосновения друг с другом.
После установки сферического резинометаллического шарнира в охватывающую деталь 6 (фиг. 2), например, путем запрессовки, части наружной втулки 2 и металлической арматуры 4 смыкаются, при этом поверхности частей резинового элемента 3, обращенные друг к другу, соприкасаются друг с другом без зазора между ними, что препятствует дальнейшей их деформации и появления напряжений растяжения, вызывающих рост поверхностных трещин. При приложении к шарниру радиальной нагрузки деформация шарнира ограничена только силами упругости, при этом, поскольку металлическая арматура 4 делит резиновый элемент 3 на два слоя, шарнир может выдержать в несколько раз большую нагрузку до достижения предельно допустимой деформации, чем однослойный, что позволяет применить его в узле подвески тягового электродвигателя локомотива. Цилиндрическая ступенчатая втулка 5 обеспечивает радиальное центрирование частей внутренней втулки 1 друг относительно друга, что облегчает монтаж внутренней втулки 1 на валике (на фиг. 1 и 2 не показан).
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что применение цилиндрической ступенчатой втулки и соприкасание друг с другом поверхностей частей резинового элемента, обращенных друг к другу, позволяет увеличить нагрузочную способность и долговечность шарнира, предотвращает возникновение трудностей при его монтаже и тем самым снижает расходы на ремонт и эксплуатацию шарнира.