НАКОНЕЧНИК РУЛЕВОЙ ТЯГИ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к рулевому управлению автомобилей, и может быть использована в конструкции рулевых тяг с наконечниками продольных и поперечных тяг рулевого привода грузовых автомашин и автобусов.
Система рулевого управления считается одним из важнейших элементов любого современного автомобиля. Чтобы обеспечить безопасную и комфортную езду, независимо от того, в каких дорожных условиях автомобиль осуществляет передвижение, все детали системы рулевого управления должны работать слаженно и бесперебойно. Этот механизм автомобиля состоит из различных элементов, работоспособность и износ которых влияют на комфорт и безопасность как водителя, так и его пассажиров. Рулевая тяга осуществляет передачу усилий с руля на колеса. Главная функция состоит в том, чтобы осуществлять управление поворотами колес. Одной из составляющих механизма рулевого управления является наконечник рулевой тяги.
Наконечник рулевой тяги - это элемент рулевого управления в автомобиле, обеспечивающий подвижность и поворот колес на нужный угол. На одной стороне наконечник прикреплен к рулевой тяге, а на другой соединен с поворотным кулаком. Основные «враги» рулевого наконечника является влага, грязь и плохие дороги.
Именно наконечник рулевой тяги отвечает за способность автомобиля совершать необходимые маневры, обеспечивая соответствующий угол поворота ведущих колес. Данная деталь выполняет важнейшую функцию - передачу двигательного усилия в цепочке «рулевая колонка - управляемые колеса» между деталями с изменяемым углом соприкосновения. Поэтому наконечник рулевой тяги выполняется в виде шарнирного элемента, имея в конструкции подвижные части. В зависимости от типа и особенностей автомобильной системы управления, в одной машине встречается от четырех до шести наконечников. http://ft.ru/article/122208/nakonechnik-tyagi-rulevoy-ustroystvo-i-printsip-rabotyi
Практически все рулевые наконечники имеют одинаковую конструкцию, различаясь преимущественно размерами и материалами, из которых изготавливаются их детали. В зависимости от марки машины и условий эксплуатации в рулевых тягах применяют:
- один рулевой наконечник меняемый, т.е. существует возможность демонтажа рулевого наконечника посредством откручивания его от металлического стержня, а второй - неменяемый, т.е. одно целое с металлическим стержнем. Меняемые наконечники имеют либо внешнюю резьбу или внутреннюю резьбу. Конструкция обоих наконечников практически одинакова и включает следующие детали: корпус цилиндрической формы, закрытый с одной стороны завальцованной крышкой, крышкой с креплением болтами или резьбовой крышкой; шаровой палец, упирающийся нижней частью на нижний металлический сухарь или на металлическую опорную чашку; упругий элемент в виде резинового кольца или пружина; сверху корпус закрыт резиновым либо силиконовым пыльником.
Существуют универсальные наконечники рулевой тяги, которые одинаковы для любых колес. Но могут быть и отличия, которые зависят от того, подводится наконечник рулевой тяги к левому или к правому колесу. То есть конструкции шаровых шарниров продольных и поперечных тяг не унифицированные.
Известна конструкция рулевой тяги, содержащая два меняемых наконечника. Рулевая тяга представляет собой стальную трубу, на концах которой находится резьбовое соединение и рулевые наконечники. Резьбовая конструкция обеспечивает соединение наконечников со стальной трубой рулевой тяги. Наконечники еще имеют название шарниры. Они предназначены для того, чтобы была возможность свободного перемещения подвижных деталей в конструкции рулевого управления.
Шарниры на рулевых тягах (рулевые наконечники) необходимы для того, чтобы все подвижные элементы в рулевом приводе могли свободно, относительно друг друга и кузова, поворачиваться в различных плоскостях
В процессе эксплуатации рабочая пара наконечника (металлические сухари и шаровой палец или металлические сухарь и опорная чашка и шаровой палец) испытывает нагрузки со стороны рулевой рейки, которая тянет или толкает поворотный кулак в зависимости от направления движения автомобиля. Истирание металлических сухарей приводит к разбалтыванию пальца, ведь он поджимается элементом в виде резинового кольца или пружиной только снизу. В случае с элементом в виде резинового кольца процесс поджатия условный, т.к. эластичность резины не позволяет деформироваться должным образом, согласно применяемой к узлу нагрузки. Источник: http://www.1gai.ru/baza-znaniy/522087-rulevoy-nakonechnik-princip-raboty-konsytukciya-i-diagnostika.html @ 1gai.ru. Это устройство имеет следующие недостатки: чаще всего в негодность приходят шарниры, а также элемент в виде резинового кольца, что, кстати, приводит в негодность и все управление. Вследствие попадания пыли и грязи может также испортиться пыльник рулевой тяги.
В шарнирах с вкладышами после значительного пробега может появиться износ сферической поверхности шарового пальца. Его конус, поверхность или резьба бывает повреждена вследствие коррозии или неквалифицированного монтажа-демонтажа. Собственно, сами тяги гнутся нечасто - вследствие удара колесом о край ямы или прямого удара о камень.
Такая конструкция несовершенна для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Запас прочности не достаточен. Известная конструкция шарового шарнира имеет недостаточное уплотнение из-за ненадежной конструкции чехла.
Известен шаровой шарнир с наконечником, включающий корпус наконечника с присоединительным элементом к сопрягаемой детали, установленный в отверстии корпуса шаровой палец со сферической головкой и коническим хвостовиком, прижатый со стороны сферической головки поджимным вкладышем, упругим элементом в виде пружины и крышкой, а со стороны конического хвостовика шаровой палец закрыт защитным элементом, причем поджимной вкладыш выполнен штампованным подпружиненным, крышка выполнена в форме колпачка и неразъемно соединена с корпусом наконечника, отверстие в корпусе наконечника выполнено ступенчатым, причем часть отверстия, контактирующая с крышкой, выполнена цилиндрической с переходом в коническую, а часть отверстия, контактирующая со сферической головкой пальца, выполнена сферической, защитный элемент со стороны конического хвостовика шарового пальца выполнен в виде упора и чехла, герметично закрепленного на корпусе наконечника и на конической части шарового пальца. (Пат. №83557, опубл. 10. 06.2009 г).
Однако известный шаровой шарнир обладает рядом недостатков, часть которых описана ранее:
повышенная трудоемкость сборки, нестабильность функциональных свойств и ресурса шарнира;
низкий ресурс работы шарнира из-за разрушения комплектующих вследствие повышенного осевого перемещения пальца шарнира при его эксплуатации, а также повышенный износ и деформация галтели при трении и ударах об корпус рулевого наконечника;
выполнение соединения крышки с корпусом наконечника неразъемным делает невозможным ремонтоспособность устройства.
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности из известных решений является конструкция рулевого наконечника, включающего корпус наконечника с отверстием и присоединительным элементом в виде стержня с резьбой, палец 2, расположенный в корпусе 1, состоящий из шаровой головки 2.1 и стержня, включающего галтель 2.2, коническую часть 2.3 стержня и элемент крепления 2.4, показанный (частный случай) в виде резьбы, установленный в отверстие корпуса наконечника компенсатор 3, состоящий из корпуса компенсатора 3.1 (фиг. 1, фиг. 2), выполненного в виде тела вращения в форме полой чашки, неразъемно соединенного с корпусом наконечника 1 закаткой, расположенных внутри него опорного вкладыша 3.3, контактирующего с шаровой головкой 2.1 пальца, и упругого элемента в виде пружины 3.2 (частный случай). Шарнир закрыт защитным чехлом 4, установленным на поверхности пальца с помощью уплотнительного кольца 5 и на корпусе рулевого наконечника 1 посредством пружинного кольца 6 (частный случай). На галтели 2.2 пальца 2 установлена распорная втулка 7, в случае, если на пальце в области перехода галтели к конической части стержня не предусмотрен фланец.
В шарнир рулевого наконечника и под защитный чехол заложена смазка, обеспечивающая заданную работоспособность и герметичность шарнира, а поверхность опорного вкладыша, контактирующая с шаровой головкой пальца, выполнена с повышенной твердостью (патент РФ №141219, опубл.: 27.05.2014 Бюл. №15).
Предложенная конструкция компенсатора выполнена неразборной как цельная сборочная единица, т.к. описанная форма позволяет удерживать отжатый упругим элементом опорный вкладыш внутри корпуса компенсатора.
Шаровой шарнир работает следующим образом. При сборке рулевого механизма к обоим концам полой или частично полой тяги разъемно крепятся два шаровых шарнира любым из известных способов: один - на резьбе, а второй - с помощью прессовки, закатки, или сварки, или другим способом. При возвратно-поступательном движении полой рейки вдоль своей оси, а также при вращении и качании пальца в корпусе, каждый из двух защитных чехлов шарнира упруго деформируется, при этом внутренний объем одного чехла увеличивается, другого - уменьшается, что сопровождается, соответственно, уменьшением и увеличением давления во внутренних объемах первого и второго чехлов. Далее работа осуществляется обычным способом.
Предлагаемая конструкция шарнира минимизирует возможные ударные нагрузки или энергию удара, приходящуюся на детали шарнира, контактируемые с шаровым пальцем.
Однако основными недостатками являются следующие
сложность конструкция наконечника и необходимость замены, т.к. он не подлежит обслуживанию и ремонту;
при осевом перемещении шаровой головки пальца под действием эксплуатационных нагрузок в конструкции имеются ограничения, препятствующие выходу за высоту стального вкладыша центра, вследствие наличия распорной втулки;
за счет периодических ударных нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации шарнира, возможно повреждение и последующее разрушение поверхностей стержня и сферической головки шарового пальца, кромок стального вкладыша, контактирующих с шаровым пальцем, при этом также усиливается износ трущихся поверхностей шарнира;
наличие частиц металла, образовавшихся, главным образом, в результате износа трущихся поверхностей (контакт сферы шарового пальца с внутренней сферической поверхностью металлического вкладыша) приводит к засорению каналов связи между внутренними объемами защитных чехлов, которые не исключают попадания абразива в пространство между внутренней поверхностью вкладыша шарнира и поверхностью шаровой головки пальца и, тем самым, потенциально снижают ресурс шарового шарнира.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение надежности и ремонтопригодности конструкции без усложнения конструкции.
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что предложена конструкция наконечника рулевой тяги, которая содержит корпус наконечника с отверстием и присоединительным элементом в виде стержня с резьбой, установленный в отверстии корпуса палец, состоящий из шаровой головки и стержня, включающего галтель, коническую или цилиндрическую часть стержня и элемент крепления в виде резьбы; установленный на шаровом пальце элемент, выполненный в форме полой чашки, расположенный внутри корпуса наконечника опорный вкладыш, контактирующий с шаровой головкой пальца и упругого элемента, защитный чехол, установленный на поверхности пальца и на корпусе наконечника, внесены изменения и дополнения, а именно:
в отверстии корпуса установлена направляющая резьбовая цилиндрическая втулка;
элементы, выполненные в форме полых чаш, изготовлены из полимерного термостабилизированного композиционного материала, усиленного стекловолокном;
корпус наконечника выполнен полым и снизу закрывается крышкой, прикрепленной к торцу резьбовой втулки.
Кроме того, поверхность элементов, выполненных в форме полых чаш, контактирующих с шаровой галтелью пальца, выполнена сферической.
Известные решения в большинстве случаев не обеспечивают достаточной надежности и не обеспечивают ремонтопригодность, так как выполнены неразборными или ограничены по функциональным возможностям.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что известен полимерный подшипник, контактирующий с шаровой частью пальца, выполнен сплошным и, вследствие  контакта с большой поверхности с шаровым пальцем подвержен повышенному износу. Кроме того, материала, из которого изготовлен подшипник не, обеспечивает оптимальную истираемость, что сокращает ресурс работы шарового пальца и самого подшипника.
Использование верхнего и нижнего вкладышей (сухарей) позволяет уменьшить поверхность контакта с шаровой частью пальца, а выполнение из полимерного термостабилизированного композиционного материала, усиленного стекловолокном с модифицирующей антифрикционной добавки на основе полиамида, который обладает пониженным коэффициентом трения и высокой износостойкостью, повышенной ударной вязкостью и термостойкостью, увеличивает срок службы наконечника рулевой тяги. В частности, в качестве материала, из которого изготавливаются вкладыши (сухари), можно применить - гроднамид ПА6 -ЛТ-СВ30В1.
Кроме того, применение указанного материала позволяет работать без смазки либо при ограничении ее применения.
Резьбовая втулка является направляющей для размещения в ней последовательно верхнего сухаря - шарового пальца - нижнего сухаря - пружины, т.к. при внедрении двух сухарей и пружины в выпускаемую заводом шаровую полость данный набор деталей не вмещается по оси пальца, таким образом втулка позволяет удлинить конструкцию по оси пальца, а также регулировать усилие поджатия упругого элемента. В качестве упругого элемента наибольшее применение получили конические пружины сжатия.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности полезной модели «Новизна».
Сущность предложенного технического решения поясняется рисунком, описывающим конкретную конструкцию наконечника рулевой тяги, но возможны и некоторые изменения отдельных элементов, не меняющие сущность полезной модели.
На рисунке показан шаровой палец 1, имеющий сложную форму: нижнюю шаровую поверхность и цилиндрическую часть пальца, которая заканчивается резьбовым наконечником. На рисунке изображены также пыльник 2, верхний 3 и нижний 4 вкладыши (сухари), имеющие сферы, соответствующие форме шаровой части пальца, пружина 5, резьбовая втулка 6, основание (крышка) 8, соединенная с резьбовой втулкой.
Верхний сухарь 3 плоской частью опирается на корпус наконечника 7, прилегая по кромке отверстия под шаровой палец 1, а сферической частью прилегает к сфере самого шара. Нижний сухарь 4 сферической частью также прилегает к сфере самого шара, а плоской частью опирается и поджимается пружиной 5.
Принцип работы шарового шарнира (основной детали наконечника рулевой тяги) был описан выше, и он не изменился.
Конструкция наконечника рулевой тяги состоит из деталей, изготовление которых не вызывает сомнений, также как и сборка их в единую конструкцию, т.е полезная модель соответствует требованию «Промышленная применимость».
Предлагаемая конструкция обладает по сравнению с известными техническими решениями следующими преимуществами:
- в процессе эксплуатации трение шарового пальца происходит об полимерную поверхность верхнего и нижнего сухарей, что практически исключает появление задиров и царапин на поверхности шарового пальца и, как следствие, в полости отсутствует металлическая стружка, которая, в свою очередь, негативно влияет на трущиеся детали;
- прижимная пружина в постоянном режиме в процессе эксплуатации производит поджатие верхнего и нижнего сухаря к поверхности шарового пальца для избежания появления зазоров и люфтов;
- повышенная ремонтопригодность, т.к. позволяет производить ремонт и замену элементов рулевого наконечника без демонтажа всей рулевой тяги;
- применение меньшего количества ремонтного персонала, т.к. не будет требоваться слесарная обработка, т.е. снижение трудозатрат.
При использовании в рулевой тяге двух одинаковых наконечников, соединяемых с рулевой тягой посредством резьбового соединения, прессовки, закатки, сварки или другим способом, не требуется замена самой рулевой тяги, что экономически выгодно, а конструкция будет универсальной.
В настоящее время несколько экземпляров проходят успешную экспериментальную проверку, и подготавливается документация по сертификации изделия.