ШАРОВОЙ ШАРНИР

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в шарнирных соединениях транспортных средств.
Известен шаровой шарнир, содержащий корпус с заглушкой, подпружиненный вкладыш, в котором размещена полусферическая головка и электрическая сигнальная система для контроля степени износа шарнира (см. а.с. СССР №815332, F16С 11/06).
Недостатком данного шарнира является низкая долговечность из-за быстрого износа полусферической головки и вкладыша под действием сил трения, возникающих в процессе работы в местах их контакта.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является шаровой шарнир, содержащий составной корпус, с размещенным в нем шаровым пальцем, поверхность полусферической головки которого контактирует с вкладышем из полимерного износостойкого материала, упругий элемент, прижимающий вкладыш к головке шарового пальца, и подшипник из порошкового материала. При этом упругий элемент выполнен из резины (см. Ремонтируем ВАЗ-2106, -21061. Иллюстрированное руководство. - М: ЗАО «КЖИ» «За рулем», 2004. - с.112).
Недостатком известного шарового шарнира является его низкая долговечность вследствие того, что упругий элемент, выполненный из резины, под влиянием температуры и высокой рабочей нагрузки достаточно быстро теряет свои упругие свойства, что приводит к преждевременному выходу его из строя, следовательно, износостойкость такого элемента низка.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении долговечности за счет увеличения износостойкости элементов шарнира.
Техническая задача решается тем, что в известном шаровом шарнире, содержащем составной корпус, с размещенным в нем шаровым пальцем, поверхность
полусферической головки которого контактирует с вкладышем из полимерного износостойкого материала, упругий элемент, прижимающий вкладыш к головке шарового пальца, и подшипник из порошкового материала, согласно изменению, упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, отношение высоты к разности наружного и внутреннего диаметров которой составляет 0,09-0,12, а отношение толщины ее стенок к высоте составляет 0,45-0,53.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен шаровой шарнир, в разрезе;
- на фиг.2 изображен упругий элемент в виде тарельчатой пружины, в разрезе.
Шаровой шарнир содержит составной корпус 1 (фиг.1), выполненный из верхней 2 и нижней 3 частей, в котором размещен шаровой палец 4 в виде стержня с цилиндрическим 5, коническим 6 и резьбовым 7 участками и полусферической головкой 8. На цилиндрическом участке 5 шарового пальца 4 установлен подшипник 9 из порошкового материала. Поверхность полусферической головки 8 шарового пальца 4 контактирует с вкладышем 10 из полимерного износостойкого материала, а упругий элемент, выполненный в виде тарельчатой пружины 11 (фиг.1, 2), установлен в нижней части 3 составного корпуса 1 и прижимает вкладыш 10 к полусферической головке 8 шарового пальца 4. При этом отношение высоты (Н) к разности наружного (D) и внутреннего (d) диаметров тарельчатой пружины 11 (фиг.2) составляет 0,09-0,12, а отношение толщины (S) ее стенки к высоте (Н) составляет 0,45-0,53.
Заявляемый упругий элемент, выполненный в виде тарельчатой пружины, обеспечивает повышение долговечности шарового шарнира за счет повышения его износостойкости, так как свойства тарельчатой пружины, выполненной, из износостойкого упругого материала, например, пружинной стали, в процессе эксплуатации изменяются в незначительной степени по сравнению с упругим элементом прототипа, выполненным из резины. При этом форма заявляемого упругого элемента и его геометрические размеры
позволяют обеспечить необходимую жесткость в диапазоне 1000-1300 Н/мм и упругость, что в свою очередь позволяет выдерживать рабочие нагрузки шаровым шарниром в течение более длительного срока.
Выполнять тарельчатую пружину с геометрическими размерами, выходящими за минимальные заявляемые значения, нецелесообразно, так как при отношении высоты к разности наружного и внутреннего диаметров менее 0,09 габариты пружины резко уменьшаются, что приводит к снижению плотности прижатия вкладыша к полусферической головке шарового пальца, а следовательно, к его разрушению за счет возникновения биения в процессе работы шарового шарнира. При отношении толщины стенки пружины к ее высоте меньше, чем 0,45, жесткость пружины резко снижается, что приводит к ослаблению прижатия подшипника к верхней части составного корпуса и к возникновению зазоров, при выборе которых в шаровом шарнире возникают динамические нагрузки, способствующие к разрушению контактных поверхностей подшипника и верхней части составного корпуса.
Выполнять тарельчатую пружину с геометрическими размерами, выходящими за максимальные заявляемые значения также нецелесообразно, так как при отношении высоты к разности наружного и внутреннего диаметров более 0,12 угол подъема образующей тарельчатой пружины превысит 6°, что приведет к значительному снижению ее упругих свойств, а это не допустимо по ГОСТ 3057-90. При отношении толщины стенки тарельчатой пружины к ее высоте больше, чем 0,53, жесткость пружины резко возрастет, в результате чего между подшипником и верхней частью составного корпуса возникнут значительные силы контактного взаимодействия, способствующие интенсивному износу указанных зон, что приведет к выходу шарового шарнира из строя.
Сборку шарового шарнира осуществляют следующим образом. На цилиндрический участок 5 (фиг.1) шарового пальца 4 надевают подшипник 9 из порошкового материала и верхнюю часть 2 составного корпуса 1. В нижнюю часть 3 составного корпуса 1 устанавливают упругий элемент в виде тарельчатой
пружины 11 и вкладыш 10 из полимерного материала. Затем верхнюю часть 2 составного корпуса 1 прижимают к его нижней части 3 и жестко соединяют, например, сваривают электроконтактной сваркой. После чего шаровой шарнир готов к эксплуатации.
Заявляемая конструкция шарового шарнира по сравнению с прототипом позволит повысить на 30% его долговечность за счет увеличения износостойкости как самого упругого элемента, так и элементов шарнира.