ШАРНИРНЫЙ И/ИЛИ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ С ЭЛАСТИЧНОЙ ПРОКЛАДКОЙ
ARTICULATED AND/OR BEARING ASSEMBLY WITH ELASTIC GASKET

Изобретение относится к шарнирному узлу для автомобиля, в котором пронизанная телом оси головка шарнира установлена с возможностью перемещения относительно окружающего головку шарнира корпуса через обладающую эластичностью резины прокладку, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Известно выполнение шарнирных узлов таким образом, что установленная подвижно в корпусе головка шарнира не может скользящим образом перемещаться относительно принимающего кожуха шарнира, например, из пластмассы, а между головкой шарнира и корпусом расположена обладающая эластичностью резины прокладка. Это прокладка обеспечивает хорошие свойства в плане комфорта, как относительно демпфирования, так и относительно шумообразования. При этом большой угол поворота установленной в головке шарнира оси шарнира относительно корпуса может быть проблематичным, прежде всего, в связи с радиально действующей силой, так как может произойти срыв обладающего эластичностью резины слоя с внутренней стенки корпуса или вкладыша подшипника, так что там происходит истирание, и со временем ухудшаются свойства шарнира.
В основе изобретения лежит задача добиться улучшения в этой области.
Изобретение решает эту задачу посредством автомобиля, прежде всего грузового автомобиля, с признаками пункта 1 формулы изобретения. В отношении преимущественных вариантов и усовершенствований изобретения делается ссылка на другие пункты 2-15 формулы изобретения.
С помощью изобретения создан для автомобиля шарнирный и/или подшипниковый узел, в котором, с одной стороны, сохраняется комфорт шарнира с предварительно напряженным упругим элементом, а с другой стороны, за счет возможности вращения тела оси относительно головки шарнира создается безопасность подшипника скольжения от срыва или проскальзывания соединения. Тем самым объединяются преимущества шарнира с предварительно напряженным упругим элементом и скользящей опоры.
При этом, прежде всего, для большого комфорта эластичная прокладка выполнена из резинового материала. Демпфирующие свойства шарнира с предварительно напряженным упругим элементом ярко выражены в зависимости от ее твердости.
Особо благоприятно как тело оси, так и обращенная к нему граничная поверхность головки шарнира соответственно по всей области их контакта являются стабильными по форме, так что, несмотря на высокое, действующее также радиально внутрь, предварительное напряжение обладающей эластичностью резины прокладки, опора тела оси остается не подверженной влиянию, и оно является «свободно» вращаемым с постоянно одинаковой, очень малой силой.
Прежде всего, благодаря этой лишь незначительной требующейся силе для вращения тела оси является упрощенным и монтаж, так как отсутствует необходимость, как при прямом контакте тела оси с эластомером, сначала преодолевать большие силы трения посредством силы инструмента для выравнивания тела оси, а его можно вставить в головку шарнира вручную и легко повернуть рукой настолько, чтобы его выравнивание подходило для дальнейшего монтажа на автомобиль. При этом особенно благоприятно то, что для вращения тела оси в головке шарнира требуется вращающий момент меньше 1 Нм.
Для того чтобы можно было обеспечить стабильность формы и хорошие трибологические свойства, в том числе и при высокой нагрузке, благоприятным образом по меньшей мере обращенная к телу оси граничная поверхность головки шарнира выполнена в виде металлической поверхности. Прежде всего, обращенная к телу оси граничная поверхность головки шарнира и обращенная к головке шарнира граничная поверхность тела оси могут быть выполнены из стали, прежде всего азотированной стали, или из азотированного чугуна.
Особенно благоприятно для сопротивления усталости обращенная к телу оси граничная поверхность выполнена в виде радиально внутренней поверхности стабильного по форме тела втулки, к внешней стороне которой привулканизирован эластичный материал прокладки; также является возможным склеивание или другое прочное соединение.
В любом случае, для предотвращения срыва особенно хорошо, если при этом между телом втулки и обращенной к нему радиальной внутренней поверхностью прокладки существует прочный, исключающий в любое время относительное перемещение контакт.
В показанном здесь конструктивном примере тело втулки монолитно образует головку шарнира. Это не является настоятельным, тело втулки также может образовывать только составную часть головки шарнира.
Для точной работы шарнирного узла также является полезным, если тело оси предохранено в теле втулки краевым выступом или аналогичными аксиальными стопорными элементами от аксиального перемещения относительно тела втулки. Таким образом, в шарнирном узле возможны только торсионные и вращательные перемещения, но не аксиальное смещение тела оси.
Для возможности скользящего перемещения между телом оси и головкой шарнира там благоприятным образом образован только тонкий зазор, толщиной примерно до 0,25 мм. При этом особо тонкий зазор примерно в одну десятую миллиметра обеспечивает плотную установку тела оси.
При этом зазор по меньшей мере частично может быть заполнен консистентной смазкой или другой смазкой и, тем самым, дополнительно облегчать скольжение деталей друг о друга.
Также является возможным уменьшающее трение покрытие тела оси и/или головки шарнира.
Кроме того, прежде всего, в качестве помощи при монтаже, является благоприятным, если тело оси по своей аксиальной протяженности разделено по меньшей мере на две части, и, тем самым, обеспечивается возможность его вставки в головку шарнира с обеих сторон.
Части тела оси могут быть удерживаемыми друг на друге посредством прессовой посадки, так что шарнирный узел может транспортироваться в виде полностью смонтированного и предварительно изготовленного конструктивного узла перед тем, как он монтируется на автомобиле. Благодаря прессовой посадке предотвращается разъединения частей оси, в том числе и уже перед монтажом конструктивного узла.
Еще одно облегчение монтажа при сведении к минимуму количества деталей получается, если части тела оси выполнены в виде одинаковых деталей, которые являются соединяемыми непосредственно или через отдельный соединительный элемент.
Поскольку благоприятным образом радиально расширенные краевые выступы тела оси аксиально находятся на расстоянии от головки шарнира, и здесь подвижность тела оси относительно головки шарнира не ограничена.
Также и здесь расстояние может быть небольшим и, в свою очередь, составлять до 0,25 миллиметра.
При помощи изобретения в один корпус и одну головку шарнира также могут быть вставляемыми разные тела оси, например, с разными расстояниями между отверстиями. За счет этого универсальность является очень высокой.
Такой шарнирный узел может быть применен, прежде всего, для грузовых автомобилей или автомобилей повышенной проходимости, в случае с которыми известно, наряду с собственно несущей подвеской моста, которая воспринимает действующую вертикально силу тяжести моста, выполнение дополнительной опоры, которая содержит, например, отдельные, проходящие наклонно рычаги независимой подвески или треугольный рычаг независимой подвески, который своей вершиной воздействует на удерживаемую цапфообразным держателем головку шарнира, а другим концом крепится на деталях продольной рамы шасси. Посредством этого такой треугольный рычаг независимой подвески может, например, выполнять функцию боковой направляющей тела оси.
Другие преимущества и признаки изобретения вытекают из представленных на чертеже описанных далее примеров осуществления предмета изобретения.
Показано на:
Фиг.1: представленный в перспективе и схематически фрагмент грузового автомобиля в области шарнирного узла для соединения расширенного в области дифференциала балки моста - здесь заднего моста - с двумя V-образно сходящимися рычагами независимой подвески в качестве дополнительной опоры тела оси, при этом по меньшей мере на вершине узла треугольного рычага независимой подвески предусмотрен шарнирный узел в варианте выполнения согласно изобретению,
Фиг.2: частично разрезанный детальный вид возможного выполнения шарнирного узла в вершине узла треугольного рычага независимой подвески,
Фиг.3: разрез через шарнирный узел согласно фиг.2,
Фиг.4: детали согласно фиг.3 в покомпонентном изображении перед их сборкой,
Фиг.5: вид, аналогичный виду согласно фиг.4, но в частично смонтированном положении шарнирного узла еще перед вставкой разделенного тела оси,
Фиг.6: изображение, аналогичное фиг.3, но с альтернативным, разделенным не по центру телом оси,
Фиг.7: изображение, аналогичное фиг.6, но с альтернативным, сквозным и аксиально зафиксированным посредством пружинных стопорных колец телом оси,
Фиг.8: изображение, аналогичное фиг.7, но с еще одним альтернативным, разделенным вновь по центру телом оси, части которого удерживаются друг на друге посредством промежуточной детали.
Представленный на фиг.1 фрагмент автомобиля 10, например грузового автомобиля или автомобиля повышенной проходимости, содержит два сходящихся под острым углом в узле треугольного рычага независимой подвески и в виде сверху V-образно рычага 2, 3 независимой подвески. На образованной таким образом вершине треугольника они посредством шарнирного узла 1 воздействуют на мост 11 автомобиля, в данном случае задний мост. В, относительно поперечного направления автомобиля, средней области он расширен для приема дифференциала. При этом шарнирный узел 1 может быть монтируемым на верхнем конце этой расширенной для приема дифференциала области 9 заднего моста 11 и, тем самым, образовывать поперечную направляющую и продольную направляющую для этого моста 11 автомобиля. В данном случае два подпирающих рычага 2, 3 независимой подвески могут сами в своих верхних областях 2а, 3а быть соединены с, например, несущими деталями продольной рамы. Также и здесь могут найти применение аналогичные шарнирные узлы 1.
При этом соответственно одно тело 12, 112, 212, 312 оси шарнирного или подшипникового узла 1 зафиксировано посредством, например, резьбовых соединений или других креплений. Они входят в отверстия 13 тела 12, 112, 212, 312 оси. Детали этого узла 1 можно также видеть и на фиг.2.
На ней также отчетливо видно, что тело 12, 112, 212, 312 оси, со своей стороны, пронизывает одно- или многокомпонентную головку 4 шарнира, при этом она не обязательно должна иметь действительную форму шара, а может быть выполнена в форме, например, эллипсоида, параболоида или аналогичной форме. В любом случае, она установлена подвижно относительно окружающего ее по меньшей мере участками корпуса 5 или одного или нескольких опорных колец 6 или их частей через обладающую эластичностью резины прокладку 7.
Согласно показанным здесь конструктивным примерам тело втулки монолитно образует головку шарнира, так что и то, и та получили одно и то же ссылочное обозначение 4. Это не является настоятельным, и тело втулки также может образовывать лишь составную часть тогда составной головки шарнира и быть запрессовано, например, в шарообразное тело. Форма шара также может быть принята, по существу, и прокладкой 7, так что тогда собственно головка 4 шарнира проходит почти прямолинейно.
Как видно на чертеже, во всех конструктивных примерах, как тело 12, 112, 212, 312 оси, так и обращенная к нему на определенному ниже еще более детально обегающему зазору 14 граничная поверхность головки 4 шарнира в каждом случае по всей области их контакта и в течение всего срока службы шарнирного узла 1 являются стабильными по форме. Таким образом, прокладка 7 может монтироваться с очень высоким предварительным напряжением, при этом это предварительное напряжение также может действовать с очень большой силой радиально внутрь и, тем самым, исключать относительное перемещение между этой прокладкой 7 и головкой 4 шарнира. Несмотря на эту большую действующую радиально внутрь силу опора тела 12, 112, 212, 312 оси остается не подверженной влиянию. Оно, благодаря своей стабильности по форме и стабильности по форме окружающей его головки 4 шарнира, является «свободно» вращаемым в нем с постоянно одинаковой, очень малой силой. Необходимый для вращения вращающий момент не должен сначала преодолевать заметные силы трения, а может всегда уже при явно меньшей, чем 1 Нм величине обеспечивать возможность прокручивания тела 12, 112, 212, 312 оси.
За счет этого, как уже было упомянуто в начале, также упрощается монтаж, так как сначала, как при прямом контакте тела 12, 112, 212, 312 оси с эластомером (например, резиной прокладки 7), не должны преодолеваться большие силы трения посредством усилия инструмента для выравнивания тела 12, 112, 212, 312 оси, а его можно вставить вручную в головку 4 шарнира и также легко повернуть настолько, что его выравнивание является подходящим для дальнейшего монтажа на автомобиль, например на расширенную область 9 для дифференциала, как показано на фиг.1.
Согласно показанному здесь и очень хорошо функционирующему в режиме продолжительной эксплуатации конструктивному примеру обращенная к телу оси граничная поверхность головки 4 шарнира выполнена в виде металлической поверхности, в данном случае в качестве азотированной стали или азотированного чугуна. То же самое относится к поверхности тела 12, 112, 212, 312 оси. Обе детали в данном случае выполнены из стали. При относительно малой длительной нагрузке также можно принять во внимание армированный волокнами пластик.
Обращенная к телу 12, 112, 212, 312 оси граничная поверхность головки шарнира в данном случае выполнена в виде радиально внутренней поверхности стабильного по форме и направляющего тело 12, 112, 212, 312 оси тела втулки, к которой снаружи прочно привулканизирован эластичный материал прокладки 7; также является возможным склеивание или другое прочное соединение. В любом случае срыв между прокладкой 7 и корпусом 4 шарнира исключен, так как относительного перемещения между их обращенными друг к другу граничными поверхностями в результате прочного, плоскостного контакта, в том числе и при вращении тела 12, 112, 212, 312 оси или при большом изгибе, не происходит.
За счет того, что обладающая эластичностью резины прокладка 7 привулканизирована радиально снаружи к опорному кольцу 6, радиально внутри к головке 4 шарнира, вместе с вставленным телом 12, 112, 212, 312 оси может быть образован предварительно изготовленный конструктивный узел, который с предварительным напряжением может быть запрессован в корпус 5 и посредством стопорного кольца предохранен от аксиального перемещения (см. фиг.2).
Указанная подвижность включает в себя по меньшей мере ограниченную вращательную подвижность вокруг оси 8 тела 12, 112, 212, 312 оси. Такая возможность вращения в обычных шарнирах этого вида должна передаваться через обладающую эластичностью резины прокладку. Согласно изобретению тело 12, 112, 212, 312 оси за счет зазора 14 расположено с возможностью вращения с радиальным расстоянием от головки 4 шарнира. За счет этого здесь посредством зазора 14 возникает возможность свободного вращения, которая допускает и большие отклонения в 30 или более градусов. Напротив, головка 4 шарнира не должна совершать большие отклонения относительно по меньшей мере одного опорного кольца 6 или корпуса 5, которые могли бы приводить к срыву или проскальзыванию прокладки 7 относительно корпуса 5 или по меньшей мере одного опорного кольца 6.
Эта прокладка 7 может состоять из резинового материала толщиной, например, от десяти до пятнадцати миллиметров и за счет этого обеспечивать высокий демпфирующий комфорт. Шарнирный узел с такой эластично демпфирующей прокладкой 7 часто также называется шарниром с предварительно напряженным упругим элементом.
Зазор 14 между телом 12, 112, 212, 312 оси, с одной стороны, и головкой 4 шарнира, с другой стороны, проходит в радиальном направлении с величиной порядка одной десятой миллиметра, типично толщиной до 0,25 миллиметра.
Этот зазор 14 может быть по меньшей мере частично заполнен консистентной смазкой или другой смазкой. При соответствующем уплотнении возможна смазка на весь срок эксплуатации. Поэтому аксиальные края зазора 14 предохранены уплотнениями 15, которые предотвращают как выход смазки, так и попадание грязи и пыли. Дополнительно или в качестве альтернативы, головка 4 шарнира на ее обращенном к зазору 14 участке и/или телу 12, 112, 212, 312 оси может быть, полностью или частично, снабжена уменьшающим трение покрытием, например из политетрафторэтилена, или отдельными втулками с хорошими трибологическими свойствами. Тем самым, в обоих случаях достигается скользящая опора тела 12, 112, 212, 312 оси в головке 4 шарнира, и, тем не менее, за счет прокладки 7 получается очень комфортабельный и хорошо демпфирующий шарнир с предварительно напряженным упругим элементом, так что одновременно реализуются преимущества двух разных типов шарнира. И при сильном отклонении рычагов 2, 3 независимой подвески не происходит срыва резинового слоя 7, а отклонение будет происходить, по меньшей мере, главным образом между установленным в скользящей опоре телом 12, 112, 212, 312 оси и головкой 4 шарнира. При этом больше не требуется предварительного сгибания (под углом) деталей перед монтажом.
Тело 12 оси в показанных здесь вариантах осуществления согласно фигурам 2-5, а также 6 и 8 по своей аксиальной протяженности разделено по меньшей мере на две части 18, 19, что обеспечивает особые облегчения монтажа и демонтажа.
Согласно вариантам осуществления согласно фигурам 2-5 разделение проходит примерно аксиально по центру внутри шарнирного узла 1.
Для того чтобы шарнирный узел 1 можно было изготовить предварительно и обеспечить, что части 18, 19 тела 13 оси в еще не смонтированном на автомобиле состоянии удерживаются друг на друге, эти части 18, 19 могут быть удерживаемыми друг на друге посредством прессовой посадки 17. Тогда части 18, 19 и во время транспортировки предварительно изготовленного таким образом конструктивного узла с телом оси и головкой 4 шарнира, а также прокладкой 7 и опорным кольцом 6 или опорными кольцами остаются в их положении и не подвержены опасности выпадения.
Далее, на фиг.3 отчетливо видно, что тело 12 оси также имеет радиально расширенные краевые выступы 20, и они аксиально находятся на расстоянии от головки 4 шарнира, и при известных условиях также от опорного кольца 6 и корпуса 5, так что и в результате этого вращаемая скользящая опора тела 12 оси относительно головки 4 шарнира не ограничена. Аксиальное расстояние между краевым выступом 20 и головкой 4 шарнира и здесь может составлять примерно до 0,25 миллиметра. В качестве альтернативы, здесь также могут быть вставлены аксиальные скользящие шайбы. В любом случае тело 12, 112, 212, 312 оси в головке 4 шарнира предохранено от аксиального относительного перемещения посредством краевых выступов 20, 120 или аналогичных аксиальных стопоров. Таким образом, в шарнирном узле возможны только торсионные и вращательные перемещения, но не аксиальное смещение тела 12, 112, 212, 312 оси. Для этого аксиального предохранения могут быть также применены пружинные стопорные кольца, радиальные уплотнения или тому подобное. Поэтому и при аксиальном силовом воздействии не происходит относительного перемещения между телом 12, 112, 212, 312 оси и слоем 7 эластомера, предотвращается истирание резины.
На фиг.6 показано принципиально схожее тело 112 оси, которое, однако, разделено не по центру. Шарнирный узел 1 согласно изобретению может быть образован и таким образом.
Тело 212 оси согласно фиг.7 не разделено в своей аксиальной протяженности. Тем не менее, оно может быть направлено через головку 4 шарнира, так как здесь не предусмотрены неподвижные краевые выступы 20, как в первом конструктивном примере, а здесь предохраняющие от аксиального смещения краевые выступы 120 образованы вставляемыми после монтажа пружинными стопорными кольцами.
На фиг.8 показано альтернативное тело 312 оси, части которого для простого монтажа при уменьшении количества различных конструктивных деталей в данном случае выполнены в виде одинаковых деталей. Они здесь также выполнены с возможностью удержания друг на друге посредством отдельного соединительного элемента 16 в прессовой посадке. Промежуточный элемент 16, как и все тело 12, 112, 212, 312 оси может образовывать кованую деталь.
С помощью изобретения также становится возможным то, что в один и тот же корпус 5 и одну и ту же головку 4 шарнира являются вставляемыми различные тела 12, 112, 212, 312 оси, например с разными длинами и разными расстояниями между отверстиями 13. Тем самым достигается высокая универсальность изготовления при минимальных затратах. Также являются возможными различные материалы между телом 12, 112, 212. 312 оси, например выполненным в виде поковки, и головкой 4 шарнира, например выполненной в виде отливки.
Такие шарнирные соединения могут быть применены в разных местах автомобиля 10, прежде всего в деталях шасси или рулевого управления.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ:
1 Шарнирный узел
2 Рычаг независимой подвески
3 Рычаг независимой подвески
2а Верхний конец рычага независимой подвески
3а Верхний конец рычага независимой подвески
4 Головка шарнира
5 Корпус
6 Опорное кольцо
7 Прокладка
8 Ось
9 Расширенная область
10 Автомобиль
11 Мост автомобиля
12, 112, 212, 312 Тело оси
13 Отверстия тела оси
14 Зазор
15 Уплотнения зазора
16 Промежуточные элементы
17 Прессовая посадка
18 Первая часть тела оси
19 Вторая часть тела оси
20 Расширенный краевой выступ
120 Краевой выступ