ШАРНИРНАЯ ОПОРА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ШАРОВОМ ШАРНИРЕ
HINGED BEARING AND ITS APPLICATION IN BALL-AND-SOCKET HINGE

Изобретение относится к шарнирной опоре, в частности к шаровому шарниру с вкладышем подшипника скольжения, при этом вкладыш подшипника скольжения включает слой скольжения, содержащий скользящий материал и, по меньшей мере, один стабильный по форме несущий слой.
Из уровня техники уже в течение длительного времени известны шарнирные опоры указанного выше типа. Они применяются, преимущественно, в шаровых шарнирах, которые используются в различных сферах машиностроения и, в частности, в автомобильной технике в качестве шарнирных элементов в узлах ходовой части шасси и рулевого управления. При этом вкладыши подшипника скольжения встраиваются в корпус подшипника и охватывают сформированный на шарнирной цапфе шар шарнира. За счет такой геометрии шарнирная цапфа может выполнять вращательные движения практически во всех направлениях.
Применительно к ходовой части шасси транспортных средств обычной конструкции несущие шарниры выполнены, например, в виде смазываемых консистентной смазкой шаровых шарниров. Вследствие старения смазывающего материала и элементов подшипника после длительного простоя часто имеют место явления прилипания, что при повторном использовании транспортного средства приводит к «отсоединению» шара шарнира от вкладыша подшипника, что сопровождается ощутимым треском и является явным признаком прогрессирующего износа опоры.
Самосмазывающиеся шарнирные опоры шарового шарнира указанного выше типа описаны в патенте GB 875.003. Вкладыш подшипника скольжения этой шарнирной опоры сформирован из двух элементов вкладыша, выполненных в форме полусфер из металлического материала. На их внутренней стороне, обращенной к шару шарнира, они покрыты самосмазывающим скользящим материалом, например, смесью политетрафторэтилена и свинца. На их противолежащих внешних краях элементы вкладыша в форме полусфер имеют загнутые буртики, которые зажимаются стяжным кольцом посредством его буртиков, направленных внутрь в радиальном направлении. Между буртиками стяжного кольца, с одной стороны, и наружными буртиками элементов вкладыша, с другой стороны, размещены резиновые кольца, за счет чего элементы вкладыша плотно прилагают к заключенному между ними шару шарнира.
Описанная выше шарнирная опора характеризуется относительно простой конструкцией. Однако, несмотря на использование эластомеров, такая шарнирная опора скольжения не обеспечивает эффективное демпфирование колебаний.
Исходя из уровня техники в данной области, в основу изобретения поставлена задача создания самосмазывающейся шарнирной опоры указанного выше типа, которая характеризуется простотой конструкции и улучшенными характеристиками относительно демпфирования колебаний.
Поставленная задача, применительно к шарнирной опоре согласно настоящему изобретению, решена за счет того, что вкладыш подшипника скольжения содержит, по меньшей мере, один упругий слой.
Вкладыш подшипника скольжения шарнирной опоры согласно изобретению состоит из сформированной по простому принципу слоистой системы, включающей слой скольжения, по меньшей один мере, стабильный по форме несущий слой и, согласно изобретению, по меньшей мере, один упругий слой. За счет того что слой скольжения, контактирующий с соответствующими элементами шарнирного узла, по всей поверхности соприкасается с расположенным под ним, предлагаемым, согласно изобретению, упругим слоем, обеспечивается оптимальное демпфирование колебаний независимо от типа и интенсивности относительного перемещения обоих элементов подшипника. Кроме того, размещенный под слоем скольжения упругий слой обусловливает эффективную изоляцию от корпусного шума, благодаря чему снижается степень передачи шума от одного элемента шарнирной опоры к другому. В случае использования предлагаемой, согласно изобретению, шарнирной опоры в ходовой части шасси транспортного средства это способствует эффективному демпфированию колебаний и изоляции рамной структуры транспортного средства и, следовательно, салона транспортного средства от ходового шума, что в значительной степени повышает комфорт при езде. Толщина и тип материала стабильного по форме несущего слоя шарнирной опоры подбираются таким образом, чтобы вкладыш подшипника скольжения имел высокую степень пластичности, благодаря чему шарнирная опора может использоваться в различных технологических узлах.
Согласно первому варианту исполнения изобретения упругий слой во вкладыше подшипника скольжения установлен с предварительным натяжением, главным образом, в направлении, перпендикулярном направлению расширения слоя. За счет такого предварительного натяжения упругого слоя обеспечивается компенсация эксплуатационного износа материала слоя скольжения при эксплуатации шарнирной опоры за счет соответствующего расширения установленного с предварительным натяжением упругого слоя, благодаря чему в процессе всего срока эксплуатации шарнирной опоры обеспечивается контакт элементов подшипника во вкладыше подшипника скольжения без зазора. Таким образом, за счет автоматической регулировки расширяющегося по мере износа материала упругого слоя снижается степень опасности выхода опоры из строя.
Структура слоя вкладыша подшипника скольжения может быть сформирована различными способами, при этом подразумевается, что непосредственно контактирующий с элементом подшипника наружный слой постоянно сформирован слоем скольжения. Таким образом, согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения представляется возможным разместить несущий слой между слоем скольжения и упругим слоем. При этом дополнительно может быть предусмотрено, что на противоположной несущему слою стороне слоя скольжения нанесен следующий несущий слой. В этом случае вкладыш подшипника скольжения может быть просто запрессован в корпус подшипника, при этом исключается его отслаивание. Несущий слой и слой скольжения соединены между собой, предпочтительно, посредством клеевого слоя. При этом в качестве клеящего материала используется, предпочтительно, фторополимер, в частности перфтор-алкокси-полимер (ПФАП), перфторметилвиниловый эфир (ПФМВЭ), этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ), поливинилиденфторид (ПВДФ), сополимер перфторэтилена (ФЭП), терполимер из тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилиденфторида (ТГВ), отвержденные клеящие вещества, в частности эпоксидный клей, полиамидный клей и/или горячие клеи низкой температуры, в частности этилен-винил-ацетат и сополимер полиэфира и полиамида, или пригодные для этой цели термопласты и/или их смеси.
В качестве альтернативы вышеописанным техническим решениям может быть также предусмотрено, что упругий слой расположен между слоем скольжения и несущим слоем. При такой конфигурации вкладыш подшипника скольжения также может быть легко запрессован в корпус подшипника. В этом случае слой скольжения соединен с упругим слоем посредством, предпочтительно, промежуточного адгезионного слоя. В качестве материала для повышения адгезии используются, в частности, по меньшей мере, реактивный полимер, в частности на основе силана, и/или пигменты в растворителе, в частности, в метилизобутилкетоне (МИБК), в ксилоле, в этаноле и воде или в этаноле и метилэтилкетонах (МЭК).
Предусмотренный, согласно изобретению, упругий слой может быть сформирован из различных материалов, обладающих достаточной упругостью. Он содержит, предпочтительно, эластомер, в частности, нитрильный каучук, неопреновый каучук, силиконовый каучук, олефиновый эластомер, стирольный эластомер, термопластичный эластомер, сетчатый эластомер, эластомер на основе простого и сложного полиэфиров, этилен-пропиленовый эластомер, этилен-акриловые каучуки и/или фторэластомер. Для этой цели пригодны также материалы с открытыми порами, например пены, если они обладают соответствующей упругостью. В зависимости от требуемой стойкости к смазочным веществам, растворителям и/или температурной стойкости могут быть использованы также и другие эластомеры, при необходимости с добавкой соответствующих наполнителей.
Со своей стороны, содержащийся в слое скольжения скользящий материал может содержать различные вещества. Скользящий материал содержит, предпочтительно, пластмассу, преимущественно высокотемпературную пластмассу, в частности, из группы веществ, состоящих из фторополимеров, в частности политетрафторэтилена (ПТФЭ), фторированный этилен-пропилен (ФЭП), поливинилиденфторид (ПВИХ), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ), этиленхлортрифторэтилен (ЭХТФЭ) и перфторалкоксиполимер (ПФАП), полиацетал, полибутилентерефталат (ПБТ), полиимиды, полиэфиримид, полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиэтилен, полисульфон, в частности полиэфирсульфон, полиамид, полифениленсульфид, полиуретан, полиэфир, полифениленоксид, а также их смеси. За счет очень хороших характеристик скольжения особо предпочтительно использование политетрафторэтилена (ПТФЭ).
2
4
Слой скольжения содержит, предпочтительно, смазочные средства и/или наполнители, в частности стекло и/или углеродное волокно, силикон, графит, полиэфирэфиркетон, дисульфид молибдена, ароматический сложный полиэфир, углеродные частицы, бронзу, фторополимер, термопластичные наполнители, например полиимид (ПИ), полиамидимид (ПАИ), полифениленсульфид (ПФС), полифениленсульфон (ППSО) или жидкокристаллические полимеры (ЖКП), минеральные наполнители, например волластонит или сульфат бария (BaSO), или их комбинации.
Для отдельных слоев может быть выбрана различная толщина. В особой степени благоприятные свойства в отношении демпфирования колебаний и шумоизоляции в шарнирной опоре согласно изобретению достигаются в том случае, когда толщина упругого слоя примерно в два раза превышает толщину слоя скольжения. Так, в частности, толщина упругого слоя может составлять приблизительно 0,1-1,0 мм, предпочтительно 0,3-0,6 мм. Соответственно толщина слоя скольжения составляет 0,05-1,0 мм, предпочтительно 0,1-0,2 мм. Стабильный по форме несущий слой имеет, предпочтительно, толщину от 0,2 до 1,0 мм, предимущественно от 0,2 до 0,5 мм.
Материалом несущего слоя является, предпочтительно, металл, в частности сталь, нержавеющая сталь, медь, титан, бронза, алюминий, их сплавы, подшипниковая пленка из металлической ткани и ПТФЭ (NorglideMP) или комбинация из пленки ПТФЭ и тянутого металла - бронзы (NorglideSP).
Задачей изобретения является также создание шарового шарнира, который характеризуется простотой конструкции и обеспечивает эффективные демпфирование колебаний и изоляцию корпусного шума.
Поставленная задача решена за счет шарового шарнира, включающего шарообразную головку шарнира и сферическую шарнирную опору, при этом шарнирная опора выполнена согласно вышеописанному.
Ниже сущность изобретения поясняется посредством представленных на чертежах примеров исполнения, на которых представлены:
Фиг.1 - шаровой шарнир с корпусом подшипника, шарнирной опорой и шаром шарнира;
Фиг.2 - структура слоев вкладыша подшипника скольжения шарнирной опоры согласно фрагменту II на фиг.1.
Шаровой шарнир согласно изобретению, представленный на фиг.1, включает самосмазывающуюся шарнирную опору 1, а также установленный в шарнирной опоре 1 без зазора шар шарнира 2 со сформированной цапфой подшипника 2а. Шарнирная опора 1 встроена в корпус подшипника 3 и в этом положении зафиксирована посредством кольцевого элемента 3а, который является составной частью корпуса подшипника 3.
Шарнирная опора 1 включает два сферических вкладыша 1a, 1b подшипника скольжения, при этом верхний вкладыш 1а подшипника скольжения имеет центральное отверстие 1а*, через которое из шарового шарнира выступает цапфа подшипника 2а, сформированная на шаре шарнира 2. При этом отверстие 1а* имеет такие размеры, что цапфа подшипника 2а может выполнять необходимые движения относительно шарнирной опоры 1. Оба вкладыша 1a, 1b подшипника скольжения на своих обращенных друг к другу кольцеобразных краях имеют направленные радиально наружу буртики 1а', 1b'. Между обоими буртиками 1а', 1b' сформировано кольцеобразное промежуточное пространство 4, которое предназначено для точной регулировки позиции вкладышей 1а, 1b подшипника по отношению к размещенному во вкладышах подшипника шара шарнира 2. За счет этого обеспечивается посадка без зазора шара шарнира 2 во вкладышах 1а, 1b подшипника. Кроме того, за счет соответствующей регулировки промежуточного пространства 4 на шаре шарнира 2 производится компенсация допусков при изготовлении.
На фиг.2 детально представлена структура слоев вкладыша 1b подшипника скольжения шаровой опоры 1 шарового шарнира согласно фиг.1; вкладыш 1а подшипника скольжения сформирован аналогично. С шаром шарнира 2 непосредственно контактирует слой скольжения 5. Последний содержит в качестве скользящего материала предпочтительно политетрафторэтилен (ПТФЭ). В принципе для этой цели могут быть использованы различные скользящие материалы, например указанный заявителем материал с торговой маркой Norglide.
Слой скольжения 5 соединен с расположенным под ним стабильным по форме несущим слоем 7 посредством клеевого слоя 6. Он состоит, предпочтительно, из стали толщиной от 0,2 до 0,5 мм. Со своей стороны, стабильный по форме несущий слой 7 посредством слоя 8, повышающего адгезию, соединен с предусмотренным, согласно изобретению, упругим слоем 9. Упругий слой содержит, предпочтительно, эластомер. в частности нитрильный каучук. За счет упругого слоя 9 предлагаемый, согласно изобретению, шаровой шарнир имеет очень хорошие характеристики относительно демпфирования колебаний. Кроме того, упругий слой 9, посредством которого слой скольжения 5 по всей поверхности контактирует с вкладышем 1а, 1b подшипника скольжения, обеспечивает эффективную изоляцию от корпусного шума между корпусом 3 подшипника и шаром шарнира 2.
В предлагаемом шаровом шарнире упругий слой 9 установлен во вкладышах 1а, 1b подшипника скольжения с предварительным натяжением перпендикулярно направлению расширения слоя, то есть в радиальном направлении относительно шарового шарнира. Это обеспечивает компенсацию эксплуатационного износа материала, например, слоя скольжения 5 при эксплуатации шарнирной опоры 1 за счет соответствующего расширения установленного с предварительным натяжением упругого слоя 9. Благодаря этому в процесс всего срока эксплуатации шарового шарнира обеспечивается посадка без зазора шара шарнира 2 в шарнирной опоре 1.
Для достижения оптимальных свойств относительно демпфирования колебаний толщина упругого слоя 9 в предлагаемом шаровом шарнире предпочтительно в десять раз превышает толщину слоя скольжения. В данном случае толщина слоя скольжения составляет около 0,1 мм, а толщина упругого слоя - около 0,4 мм.