Шкворень

Предлагаемая полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к шкворням с полусферическими опорами поворотных кулаков жестких управляемых мостов колесных транспортных средств.
Известна конструкция поворотного кулака, содержащего корпус поворотного кулака, шаровую опору с парой противолежащих полусферических опор, шкворни, механизм регулирования зазоров. Шкворни выполнены с полусферической опорной поверхностью, полусферические опоры снабжены полусферическими вкладышами. Поворотный кулак, имеет полусферические опоры, снабженные сквозным центральным отверстием. В поворотном кулаке полусферические вкладыши снабжены выступами, установленными в ответные пазы полусферических опор. В поворотном кулаке полусферические вкладыши снабжены наружным каркасом в виде втулки с выступами, установленными в ответные пазы полусферических опор. Поворотный кулак имеет внутреннюю поверхность полусферической опоры и наружную поверхность полусферического вкладыша, снабженную кольцевыми канавками, в которых размещено пружинное стопорное кольцо. Полусферические опоры шкворней снабжены сквозным центральным отверстием для подачи смазки по внутренним канавкам вкладышей к контактирующим поверхностям вкладышей и шкворней [RU №33357, B62D 7/18, опубл. 20.10.2003].
Недостатками представленного решения являются:
сложность установки шкворней на автомобиле, повышенная трудоемкость и неудобство при сборке узла, при установке шкворней на шаровую опору;
отсутствие герметизации шкворня, что может привести к потере смазки, особенно нижнего шкворня, а также к попаданию грязи, песка и т.п. в зону трущейся пары «вкладыш-шкворень», что уменьшает долговечность узла в целом;
выполнение площади контакта трущейся пары «шкворень-вставка» минимальной;
отсутствие регулировки зазора в трущейся паре.
Известна конструкция шкворня в сборе, имеющего сферическую опорную поверхность, а также сферическую опору и сферический вкладыш, при этом вышеуказанные детали дополнительно содержат защитный чехол, заполняемый смазкой, образуя единую сборочную единицу. Сферическая опорная поверхность шкворня, а также внутренняя сферическая поверхность вкладыша имеют сферическую часть с высотой, превышающей радиус сферы. Вкладыш изготовлен из полимерного материала. Сферическая опорная поверхность шкворня, а также внутренняя сферическая поверхность вкладыша имеют сферическую часть высотой, превышающей радиус сферы не менее чем на 1/3 его величины. Сферический вкладыш имеет входное отверстие с диаметром, меньшим диаметра сферы шкворня, а снаружи - сферическую поверхность, переходящую в цилиндрическую поверхность со стороны входного отверстия. Сферическая опора на внутренней сферической части внизу имеет компенсационную зону. Защитный чехол крепится с помощью двух пружинных элементов. Пружинные элементы представляют собой витые пружины с количеством витков один или более. Вверху защитного чехла на внутренней поверхности имеются одна или несколько канавок. Канавки имеют треугольный профиль. Защитный чехол может быть изготовлен из резины, полиуретана или силикона [RU 211496, B62D 7/18, F16C 11/06, опубл. 08.06.2022 г.]
Недостатком данного аналога является отсутствие компенсации зазора в процессе эксплуатации транспортного средства в трущейся паре, между внутренней сферической поверхностью вкладыша и сферической поверхностью пальца шкворня.
Известен поворотный кулак, содержащий шаровую опору, корпус поворотного кулака со шкворнями в виде ступенчатых цилиндров и радиальными подшипниками скольжения, упорные подшипники в виде шайб с углублениями на рабочих поверхностях для смазки, опорные кольца, регулировочные прокладки, обеспечивающие требуемую величину предварительного нагружения упорных подшипников [Автомобили УА3-3160, УА3-3162 и их модификации», г. Ульяновск, «Ульяновский Дом печати», 2000 г., с. 131]
Недостатками известного поворотного кулака являются: отсутствие возможности устранения радиального зазора в подшипниках скольжения, возникающего в процессе эксплуатации, высокая трудоемкость изготовления и регулировки узла, необходимость применения специального оборудовании при ремонте и замене радиальных подшипников скольжения, высокая трудоемкость обслуживания узла, обусловленная необходимостью периодического смазывания поверхностей трения.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является конструкция шкворня, имеющего сферическую опорную поверхность, а также сферическую опору и сферический вкладыш, при этом вышеуказанные детали дополнительно содержат защитный чехол, заполняемый смазкой, образуя единую сборочную единицу, при этом сферическая опорная поверхность шкворня, а также внутренняя сферическая поверхность вкладыша имеют сферическую часть с высотой, превышающей радиус сферы, а вкладыш изготовлен из полимерного материала, при этом сферическая опорная поверхность шкворня, а также внутренняя сферическая поверхность вкладыша имеют сферическую часть высотой, превышающей радиус сферы не менее чем на 1/3 его величины, сферический вкладыш имеет входное отверстие с диаметром, меньшим диаметра сферы шкворня, а снаружи - сферическую поверхность, переходящую в цилиндрическую поверхность со стороны входного отверстия, а сферическая опора на внутренней сферической части внизу имеет компенсационную зону [RU 191961, B62D 7/18, опубл. 28.08.2019 г.].
Недостатками известного технического решения является то, что при износе вкладыша возникает люфт (зазор) пальца в корпусе, отсутствует компенсация зазора в процессе эксплуатации транспортного средства в трущейся паре, между внутренней сферической поверхностью вкладыша и сферической поверхностью пальца шкворня.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является устранение недостатков ближайшего аналога, создание устройства шкворня, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками.
Техническими результатами предлагаемого технического решения увеличение длительности срока эксплуатации изделия, а также расширение арсенала средств аналогичного назначения - шкворней, характеризующихся механической прочностью: устойчивостью к износу в трущейся паре между внутренней сферической поверхностью вкладыша и сферической поверхностью пальца шкворня.
Указанные результаты достигаются тем, что в шкворне, содержащем корпус, установленный в корпусе защитный чехол, палец шкворня со сферической опорной поверхностью с одной стороны и конической частью, сопряженной с резьбой, с другой стороны, при этом палец шкворня сферической опорной поверхностью установлен в сферический вкладыш, выполненный из полимерного материала, согласно предлагаемой полезной модели сферический вкладыш состоит из двух частей, при этом одна часть сферического вкладыша установлена в корпусе со стороны сферической поверхности пальца шкворня и имеет отверстие для смазки, а другая часть сферического вкладыша установлена в корпусе со стороны конической части пальца шкворня и имеет отверстие для пальца шкворня, при этом на палец шкворня в его цилиндрической части установлена опорная шайба, на которую в последовательности установлены пружинное кольцо в виде волнистой в плоскости шайбы и фиксирующая шайба в виде стопорного кольца с разрезом, установленного в паз, выполненный в корпусе. Сферический вкладыш может быть изготовлен из капролона.
В предлагаемой конструкции шкворня вкладыш состоит из двух частей, при этом пружинное кольцо через опорную шайбу компенсирует износ вкладышей за счет поджимания одной части вкладыша (внутренней его поверхности) к сферической поверхности пальца. В свою очередь, палец, своей сферической поверхностью опирается на внутреннюю поверхность другой части вкладыша. За счет давления, оказываемого пружинным кольцом на опорную шайбу и далее на часть вкладыша, создается необходимый натяг для пальца и исключается люфт (зазор) в процессе эксплуатации транспортного средства в трущейся паре между внутренней сферической поверхностью вкладыша и сферической поверхностью пальца шкворня до момента ограничения хода пружинного кольца. Отсутствие зазора исключает удары и биение трущихся частей, т.е. исключается разрушение вкладыша. Шкворень обладает повышенными эксплуатационными характеристиками (увеличенный ресурс), за счет того, что пружинное кольцо создает натяг вкладыша, и по мере износа вкладыша, части вкладыша прижимаются к сферической поверхности пальца шкворня, тем самым компенсируют необходимый натяг в соединении палец-вкладыш для исключения зазора (люфта). Таким образом, обеспечивается устойчивость к износу в трущейся паре между внутренней сферической поверхностью вкладыша и сферической поверхностью пальца шкворня, что в итоге обеспечивает увеличение длительности срока эксплуатации устройства.
Ресурс шкворня данной конструкции увеличивается в среднем на 50% согласно испытаниям, проведенным в таблице 1.
Шкворень иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 - шкворень, общий вид, фиг. 2 - шкворень в разрезе, на фиг. 3 - увеличенный узел шкворня, на фиг. 4 - шкворень во взаимодействии с узлами автомобиля. Заявленный шкворень содержит корпус 1 (фиг. 1, 2), защитный чехол 2, установленный в корпусе, палец шкворня 3 со сферической опорной поверхностью 4, с одной стороны, и конической частью 5, сопряженной с резьбой 6, с другой стороны. Палец шкворня 3 сферической опорной поверхностью 4 установлен в сферический вкладыш 7 (фиг. 1), выполненный из полимерного материала, например, из капролона или другого аналогичного материала. Сферический вкладыш 7 в предлагаемом экспериментальном образце изготовлен из капролона марки (М 40). Сферический вкладыш 7 состоит из двух частей. Одна часть 8 сферического вкладыша 7 установлена в корпусе 1 со стороны конической части пальца шкворня 3 и имеет отверстие 11 для пальца шкворня 3. Другая часть 9 сферического вкладыша 7 установлена в корпусе 1 со стороны сферической поверхности пальца шкворня 3 и имеет отверстие для смазки 10. На часть 8 сферического вкладыша 7, сверху через отверстие 11 установлена опорная шайба 12, на которую в последовательности установлены пружинное кольцо 13 в виде волнистой в плоскости шайбы и фиксирующая шайба 14 в виде стопорного кольца с разрезом, установленного в паз (на фигуре не показано), выполненный в корпусе 1. В нижней части корпуса 1 предусмотрено отверстие 10 для смазки трущиеся пары, палец шкворня 3 его сферической опорной поверхности 4 и сферического вкладыша 7.
Шкворень работает следующим образом.
Шкворень является опорой и шарниром поворотного кулака 15 (фиг. 3) автомобиля и служит для осуществления перемещения поворотного кулака 15 в горизонтальной плоскости, относительно неподвижной вилки 16 чулка моста автомобиля, для перемещения управляемых колес автомобиля в нужном направлении. Палец шкворня 3 установлен в корпусе 1, где несет вертикальную нагрузку переменной величины от поворотного кулака 15. Сферическая опорная поверхность 4 пальца шкворня 3 секторно вращается в горизонтали в полимерном сферическом вкладыше 7 (фиг. 1, 2), состоящем из одной 8 и другой 9 частей, выполняющих функцию подшипников скольжения для сферической опорной поверхности 4 пальца шкворня 3. Пружинное кольцо 13, изготовленное в виде волнистой в плоскости шайбы, создает и компенсирует натяг в соединении, палец шкворня 3 со сферической опорной поверхностью 4 и сферическим вкладышем 7.