ШАРОВОЙ ШАРНИР
BALL HINGE

Изобретение относится к шаровому шарниру и способу изготовления подобного шарового шарнира.
Шаровые шарниры, которые используются, например, в системах подвески колес транспортных средств, в принципе имеют схожую конструкцию. Так, они состоят из корпуса и шарового пальца, шаровая головка которого заключена с возможностью поворота и вращения во вкладыше опоры, которая также может быть выполнена из нескольких частей вкладыша опоры. При монтаже шарового шарнира следует следить за тем, чтобы между шаровой головкой и охватывающим его вкладышем опоры было по возможности минимальное трение. Критерием трения при этом служит крутящий момент, измеряемый на шаровом пальце, когда шаровой палец поворачивается или вращается из своего нейтрального положения. Этот крутящий момент, наряду с использованными материалами вкладыша опоры и поверхности шаровой головки, также зависит от сил предварительного натяжения, которые в зависимости от монтажа действуют от вкладыша опоры на шаровую головку и, тем самым, на шаровой палец и его подвижность.
Различают аксиальные шарниры и радиальные шарниры, при этом основным критерием для такого различия является направление сил, вводимых в основном в шаровой шарнир. Если эти силы действуют в радиальном направлении относительно продольной оси корпуса, которая при неотклоненном шаровом пальце совпадает с продольной осью шарового пальца, то шарнир считается радиальным. То же самое касается и аксиального шарнира, силы которого действуют в основном в аксиальном направлении.
Отчасти, в шаровых шарнирах необходима эластичность вкладыша опоры для того, чтобы, например, иметь возможность компенсации движений шарового пальца внутри шарового шарнира или допусков в ограниченном объеме.
Многокомпонентный и выполненный из композитного материала (пластик и металл) вкладыш опоры и оснащенный им шаровой шарнир на примере аксиального шарнира известен из ЕР 0922868 А2. Наряду с тем обстоятельством, что вкладыш опоры согласно этому документу имеет собственную эластичность и, тем самым, в определенных пределах поддается движению шарового пальца, описанный шаровой шарнир также дополнительно имеет амортизирующее кольцо.
Еще одна возможность для эластичного выполнения вкладыша опоры для шарового шарнира заключается в выполнении во вкладыше опоры пазов и/или прорезей. Такое решение известно, например, из DE-AS 1098377 и, тем самым, подходит как для однокомпонентных, так и для многокомпонентных вкладышей подшипников.
Кроме того, DE 19545567 С2 описывает шаровой шарнир с однокомпонентным вкладышем опоры, который оснащен пленочным шарниром. Согласно объему раскрытия документа пленочный шарнир служит для того, чтобы можно было вставлять шаровую головку шарового пальца во вкладыш опоры, прежде чем созданный таким образом конструктивный элемент будет целиком вставлен в корпус. Пленочный шарнир после монтажа шарового шарнира имеет возможность обеспечения ограниченной податливости вкладыша шарнира и, тем самым, дополнительной эластичности, что означает, что шаровой палец установлен в корпусе подвижно в направлении поперек его продольной оси.
Однако, прежде всего в шаровых шарнирах с многокомпонентным вкладышем опоры, удалось установить, что достаточной компенсации эластичности со свойствами, определенными материалом и геометрией вкладыша опоры, при одновременно удовлетворительной стабильности вкладыша опоры в известных решениях нет.
В основу изобретения положена задача разработки шарового шарнира, вкладыш опоры которого обеспечивает возможность определенной компенсации эластичности и, тем самым, имеет возвратные свойства, при этом не страдает необходимая жесткость вкладыша опоры. Кроме того, следует разработать способ, который позволит изготавливать подобный шаровой шарнир.
Изобретение решает эту поставленную задачу с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения.
Другие варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы.
Шаровой шарнир для транспортного средства с корпусом и шаровым пальцем, шаровая головка которой установлена с возможностью поворота и вращения во вкладыше опоры, согласно изобретению был усовершенствован таким образом, что вкладыш опоры оснащен полученной и пластически деформированной в ходе процесса разделения, такой как, например, платиновая резка или штамповка, полосой листового металла.
Полоса листового металла имеет по меньшей мере с одной стороны выемки, в результате чего на вкладыше опоры образованы зубцы или зубья. Концы зубцов или зубьев после пластической деформации полосы листового металла в форму шарообразного вкладыша опоры направлены внутрь в центральной оси шарового пальца. Кроме того, концы зубцов или зубьев имеют промежуток.
Выемки или зубцы или зубья могут быть выполнены V-образной формы. В этом случае зубцы или зубья имеют острый конец. Еще одна благоприятная форма зубцов или зубьев - это трапециевидная форма. Само собой разумеется, также и выемки могут иметь форму трапеции.
Было выявлено такое предпочтение, что соотношение глубины выемок или зубцов или зубьев к ширине или же промежутку между концами зубцов или зубьев составляет прим. 2/3 к 1/3.
За счет полосы листового металла на или во вкладыше опоры он имеет улучшенную стабильность. Комбинация эластичных свойств и повышенной прочности в предлагаемом вкладыше опоры в целом дает пару конструктивных элементов с оптимизированным трением.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предлагается, что вкладыш опоры состоит из нескольких частей вкладыша опоры и по меньшей мере одна часть вкладыша опоры оснащается полосой листового металла.
Многокомпонентное выполнение вкладыша опоры шарового шарнира обеспечивает намного более широкое пространство при конструировании. Например, также можно использовать для частей вкладыша опоры различные материалы или составы материалов, что обеспечивает дополнительную оптимизацию коэффициентов трения.
Кроме того, может быть обеспечено существенное преимущество, если по меньшей мере одна часть вкладыша опоры в целом состоит из металлического материала или содержит металл. За счет такого выполнения трение можно максимально минимизировать. К тому же, сконструированный подобным образом шарнир может принимать большие нагрузки, чем обычные конструктивные формы. Благодаря подобным вариантам осуществления можно избежать проявивших себя особенно проблематичными в шаровых шарнирах транспортных средств "моментов начального сдвига", которые могут устанавливаться, прежде всего, после длительного простоя шарового шарнира между трущимися элементами - вкладышем опоры и шаровой головкой. Таким образом, также можно существенно улучшить срок службы выполненного таким образом шарового шарнира, поскольку, прежде всего, упомянутые моменты начального сдвига приводят к усиленному износу и, тем самым, к опасности преждевременного выхода шарового шарнира из строя. Прежде всего, по причине платиновой резки металлического слоя части вкладыша опоры он остается эластичным так в виде металлической части.
Еще одно преимущественное решение следует также видеть в том, что часть вкладыша опоры с полосой листового металла состоит из композитного материала и имеет по меньшей мере один пластмассовый слой. При этом положительные амортизирующие свойства пластмассы и ее компенсирующие допуски свойства могут самым преимущественным образом комбинироваться с ранее названной эластичностью и прочностью металлической полосы. При этом можно предусмотреть один или несколько пластмассовых слоев. Следовательно, металлическая полоса может быть утоплена, например, между двумя пластмассовыми слоями. Еще один вариант осуществления предлагает, что металлическая полоса одной из своих поверхностей прикасается непосредственно к соответствующей внутренней поверхности корпуса. Следуя этой идее изобретения, также и все части вкладыша опоры могут быть выполнены из различных материалов или смесей материалов.
Особенное преимущество заключается в том, что части вкладыша опоры соответственно вставляются в корпус под действием аксиальной и/или радиальной силы предварительного натяжения. Направление силы предварительного натяжения в аксиальном или радиальном направлении зависит от выполнения соответствующего шарового шарнира. Также и здесь различают аксиальные шарниры и радиальные шарниры. Сила предварительного натяжения, оказанная на вкладыш опоры или же на части вкладыша опоры, позднее обеспечивает возможность компенсации воздействующих на шаровой шарнир сил в рамках уже имеющихся сил предварительного натяжения.
Дополнительного увеличения эластичности предлагаемого шарового шарнира и содержащегося в нем вкладыша опоры можно достичь за счет того, что в полностью смонтированном шаровом шарнире на части вкладыша опоры с полосой листового металла имеется промежуток или же зазор в качестве разделительного шва. Разделительный шов согласно изобретению используется для того, чтобы обеспечить возможность компенсации движения вкладыша опоры относительно шарового пальца.
Согласно изобретению разделительный шов может иметь зазор в 0,3-0,7 миллиметра. Однако, предпочтительный зазор составляет 0,5 миллиметра. При этом были выявлены оптимальные значения эластичности на предлагаемом вкладыше опоры.
Кроме того, для улучшенной компенсации введенных в шаровой шарнир через шаровой палец сил преимуществом является, если вкладыш опоры выполнен эластично и по меньшей мере одна часть вкладыша опоры имеет коническую поверхность прилегания, которой она опирается на соответствующую внутреннюю поверхность корпуса. По причине конического выполнения соответствующих друг другу поверхностей прилегания вкладыша опоры и корпуса силы могут оптимально восприниматься как в аксиальном, так и в радиальном направлении. Выполненный таким образом шарнир может быть выполнен как аксиальный, так и как радиальный шарнир.
Предлагаемый способ изготовления шарового шарнира включает в себя по меньшей мере следующие технологические операции:
- изготовление имеющей форму ленты заготовки вкладыша шарнира из полосы листового металла,
- выполнение контура в виде зубьев или зубцов на продольной стороне заготовки вкладыша опоры посредством способа отделения так, что заготовка вкладыша опоры имеет геометрию развертки вкладыша опоры,
- пластическая деформация заготовки вкладыша опоры так, что образуется вкладыш опоры с выполненной в форме шара опорной поверхностью или же часть вкладыша опоры с выполненной в форме шара опорной поверхностью.
Указанный способ очень легко выполняется с точки зрения техники изготовления и, кроме того, обеспечивает возможность обеспечения вкладышей опоры, которые могут выполняться оптимально и в зависимости от нагрузки. Контур в форме зубьев или зубцов на продольной стороне заготовки вкладыша опоры обеспечивает в готовом вкладыше опоры возможность дополнительного улучшения эластичных свойств этого вкладыша опоры.
Согласно одному варианту осуществления этого изобретения изготовление заготовки вкладыша опоры может выполняться по меньшей мере частично путем высечки. Использование способа высечки обеспечивает очень короткое время такта изготовления заготовок вкладышей подшипников.
При этом способ высечки или способ платинового реза может использоваться как изготовления отверстий, так и изготовления контура в виде зубьев или зубцов. Кроме того, за счет способа высечки или способа платинового реза можно обеспечить предлагаемую заготовку вкладыша опоры в целом и за одну рабочую операцию.
Прежде всего, платиновые резы можно выполнять с высокой точностью так, что также можно осуществлять конструктивно малые размеры, так как их получают в данном случае при производстве вкладыша опоры. Поэтому подобные способы изготовления в данном случае могут применяться особенно предпочтительно.
Для пластической деформации заготовки вкладыша опоры и образования выполненного в форме шара вкладыша опоры или же выполненной в форме шара части вкладыша опоры может использоваться способ прокатывания. За счет способа прокатывания можно получить контур в форме шара для опорной поверхности вкладыша опоры или же части вкладыша опоры оптимально и с высокой точностью.
Как уже упоминалось в начале, является преимуществом, если при монтаже шарового шарнира на вкладыш опоры оказывается сила предварительного натяжения. Сила предварительного натяжения обеспечивает при полностью смонтированным шаровом шарнире возможность компенсации введенных во вкладыш опоры через шаровой палец сил по меньшей мере в ограниченном объеме и компенсирует допуски.
Для возможности заблаговременного определения по возможности точных коэффициентов трения и связанного с ними момента начального сдвига шарового пальца внутри шарового шарнира, также предлагается во время монтажа конструктивных деталей шарового шарнира измерять необходимые для движения шарового пальца внутри вкладышей опоры крутящие моменты с определенными промежутками и закрывать шаровой шарнир только при достижении предварительно заданного крутящего момента для того, чтобы сохранялся последний определенный крутящий момент. Таким образом, можно надежно регулировать коэффициенты трения и возникающие внутри шарового шарнира крутящие моменты и обеспечивать возможность их повторяемости для крупносерийного изготовления. Созданные таким образом шаровые шарниры имеют постоянное качество.
Далее изобретение подробно объясняется на примере прилагаемого чертежа. Показанные примеры осуществления не представляют собой никаких ограничений представленными вариантами, а служат исключительно для пояснения принципа изобретения. Для наглядного объяснения предлагаемого принципа действия на фигурах показаны лишь значительно упрощенные принципиальные изображения, на которых не изображены несущественные для изобретения конструктивные детали. Однако это не означает, что подобных конструктивных деталей в предлагаемом решении нет.
Показано на:
Фиг.1 перспективный вид в частичном разрезе предлагаемого шарового шарнира,
Фиг.2 план этапов изготовления конструктивной детали вкладыша шарнира,
Фиг.3 фрагмент частичного разреза первого варианта осуществления многослойного вкладыша шарнира, и
Фиг.4 фрагмент второго варианта осуществления многослойного вкладыша шарнира в разрезе.
На фиг.1 показан пространственный вид шарового шарнира, который в данном случае является аксиальным шарниром. Шаровой шарнир имеет корпус 1, в котором с возможностью поворота и вращения установлен шаровой палец 2. Опора шарового пальца 2 в корпусе 1 осуществляется посредством выполненной на шаровом пальце шаровой головки 3а. Эта шаровая головка 3 находится во вкладыше шарнира, обозначенном в целом цифрой 6. В показанном на фиг.1 шаровом шарнире вкладыш 6 опоры состоит из двух частей 4 и 5 вкладыша опоры. Одна часть 4 вкладыша опоры в примере осуществления была изготовлена из пластмассы с ограниченной эластичностью, в то время как другая часть 5 вкладыша опоры выполнена из металлического материала или же имеет полосу 7 листового металла. Поскольку полоса 7 листового металла изготавливается способом прокатывания, и, тем самым, пластически деформируется в имеющий форму шара контур части 5 вкладыша опоры, то часть 5 опоры имеет зазор 9, который образует разделительный шов 9 этой части 5 вкладыша опоры. Выполненная из пластмассы, верхняя на фиг.1 часть 4 вкладыша опоры также имеет поверхность 10 прилегания конической формы. Эта поверхность 10 прилегания соответствует конической поверхности прилегания внутренней поверхности 11 корпуса 1. Поверхность 10 прилегания части 4 вкладыша опоры при этом примыкает непосредственно к этой внутренней поверхности 11 корпуса 1. В части 4 вкладыша опоры к тому же имеются прорези 17, которые улучшают эластичность части 4 вкладыша опоры.
На переходном участке между шаровой головкой За и участком 13 пальца шарового пальца 2 она имеет шейку 12 шарового пальца. По сравнению с участком 13 пальца шейка 12 шарового пальца по своему сечению меньше и имеет изогнутый контур в форме паза.
Для уплотнения внутренних конструктивных деталей шарнира от проникновения загрязнений или влаги шаровой шарнир имеет уплотнительный сильфон 14. Он закреплен посредством зажимного кольца 15 на наружной поверхности корпуса 1. Противоположный конец уплотнительного сильфона 14 фиксируется зажимным кольцом 16 на участке 13 пальца шарового пальца. Поскольку показанный шаровой шарнир является аксиальным шарниром, то для крепления на транспортном средстве он имеет палец 18 корпуса, который находится на корпусе 1 с противоположной участку 13 пальца стороны шарового шарнира, и может иметь соединительную резьбу.
На фиг.2 показан план этапов, состоящий из отдельных фаз а), б) и в) изготовления части 5 вкладыша опоры. Согласно этому плану сначала изготавливается заготовка вкладыша шарнира из металлической ленты или полосы 7 листового металла. Она имеет прямоугольную геометрию, как это показано на части а) фиг.2.
Во время следующей технологической операции, показанной на рис.б) на фиг.2, после этого в полосе 7 листового металла с равными промежутками относительно друг друга выполняются отверстия 20. За счет платинового реза или высечки затем выполняются выемки или вырезы 19 с одной стороны полосы 7 листового металла, которая, тем самым, приобретает контур в форме зубцов или зубьев. На рис.б) фиг.2 также показана стрелка А, которая указывает на последующую пластическую деформацию полосы 7 листового металла в часть 5 вкладыша опоры. Этот процесс пластической деформации выполняется в данном случае способом накатки. Инструмент для накатки для упрощения здесь не показан.
На рис.в) фиг.2 в качестве примера показана часть 5 вкладыша опоры в разрезе, так как она может выглядеть в готовом состоянии. Она имеет обычный контур вкладыша опоры шарового шарнира.
На фиг.3 показан первый вариант осуществления части 5 шарового шарнира. Особенность части 5 вкладыша опоры, частично показанной на фиг.3 в разрезе, заключается в том, что она имеет полосу 7 листового металла, которая на ее внутренней и ее наружной рабочей поверхности полностью покрыта пластмассовым слоем 8.
В отличие от представленного на фиг.3, вкладыш опоры согласно фиг.4 имеет только один пластмассовый слой 8. Он связан с полосой 7 листового металла и находится на внутренней стороне части 5 вкладыша опоры.
В еще одном не показанном примере осуществления расположение полосы 7 листового металла и пластмассового слоя может быть обратным.
Промежуток 22 показывает на фиг.4 промежуток между концами зубцов или зубьев в смонтированном состоянии,
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Корпус
2 Шаровой палец
3 Шаровая головка
4 Часть вкладыша опоры
5 Часть вкладыша опоры
6 Вкладыш опоры
7 Металлическая полоса/слой, полоса листового металла (заготовка вкладыша опоры)
8 Пластмассовый слой
9 Зазор, промежуток, разделительный шов
10 Поверхность прилегания
11 Внутренняя поверхность корпуса
12 Шейка шарового пальца
13 Участок пальца с соединительной резьбой
14 Уплотнительный сильфон
15 Зажимное кольцо
16 Зажимное кольцо
17 Прорезь
18 Палец корпуса
19 Выемка, вырез
20 Отверстие
21 Зубцы, зубья
22 Промежуток