ШАРНИР
HINGE

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим подвижное соединение деталей, образующим кинематическую вращательную пару, и может быть использовано, например, в гусеничных движителях транспортных средств.
Известен открытый металлический шарнир, примененный в гусеничной цепи движителя танка (см. «Теория и конструкция танка». / Под ред. д.т.н., профессора П.П.Исакова. - Том 6. Вопросы проектирования ходовой части военных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1985, с.116-117), представляющий собой вращательную кинематическую пару, состоящую из металлических пальца и опоры в виде втулки.
К недостаткам данной конструкции следует отнести малый ресурс, обусловленный интенсивным износом шарнира из-за трения металла по металлу.
Открытые для внешней среды пары трения ограничивают область применения. Эксплуатация шарнира в условиях непосредственного контакта с грунтом приводит к попаданию абразивных частиц и ускорению его износа.
Гусеничная цепь при использовании такого шарнира обладает невысоким ресурсом, при износе шарниров происходит изменение шага цепи, приводящее к нарушению работы гусеничного движителя.
Известен закрытый металлический шарнир (см. «Теория и конструкция танка». / Под ред. д.т.н., профессора П.П.Исакова. - Том 6. Вопросы проектирования ходовой части военных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1985, с.117-119), состоящий из пальца и подшипниковой опоры, представляющий собой вращательную кинематическую пару, в которой трение скольжения заменено на трение качения.
В сравнении с открытым металлическим шарниром закрытый шарнир обладает большей долговечностью.
К недостаткам закрытого металлического шарнира следует отнести:
- увеличение рабочего диаметра шарнира для размещения уплотнения, роликов или шариков;
- увеличение массы элементов шарнира;
- значительное усложнение и удорожание конструкции.
Долговечность гусеничной цепи с закрытым металлическим шарниром определяется надежностью уплотнительных элементов, разрушение или износ которых приводит к прогрессирующему износу шарнира. Из-за большого количества шарниров (около 1000 в одной гусеничной цепи) суммарная надежность их недостаточна: ресурс гусеничных цепей с закрытым шарниром лишь в два раза превышает ресурс гусеничных цепей с открытым шарниром.
Известен резинометаллический шарнир, который обеспечивает высокую долговечность (см. К.А.Талу «Конструкция и расчет танков». М.: Военная ордена Ленина академия бронетанковых войск, 1963 г., с.511), выбранный в качестве прототипа, состоящий из соединенных между собой с хорошей прочностью связи двух элементов - жесткого металлического пальца и резиновых колец, навулканизированных на него. В гусеничной цепи с резинометаллическим шарниром относительное перемещение пальца и трака осуществляется за счет упругой деформации кручения резиновых элементов. К недостаткам этой конструкции следует отнести:
- большие потери мощности на гистерезис при скручивании шарнира;
- упругую радиальную деформацию шарнира.
Гусеничная цепь с таким шарниром обладает продольной податливостью, поэтому необходимо увеличивать ее предварительное натяжение, которое необходимо для обеспечения устойчивости в гусеничном обводе (в движении появляются проскоки на ведущем колесе и повышается вероятность схода гусеничной цепи с ведущего колеса).
Задачей настоящего изобретения является снижение потерь мощности при работе шарнира и увеличение его ресурса, увеличение КПД гусеничного движителя, увеличение продольной жесткости гусеничной цепи и повышение ее устойчивости в гусеничном обводе, снижение предварительного натяжения гусеничной цепи.
Технический результат достигается тем, что в шарнире, например, резинометаллическом, состоящем из соединенных между собой с хорошей прочностью связи двух элементов, согласно изобретению один из элементов выполнен с возможностью обеспечения под воздействием внешних сил упругой деформации его концевых частей с малыми потерями на гистерезис и восприятия средней частью наибольших контактных напряжений, при этом отношение суммарной длины концевых частей этого элемента к длине его средней части находится в пределах 0,25…0,75.
Кроме того, упомянутая средняя часть одного из элементов может быть выполнена в виде опоры скольжения.
Кроме того, упомянутая средняя часть одного из элементов может быть выполнена из двух сопряженных электропроводным кольцом частей.
Анализ отличительных признаков изобретения показал, что шарнир, выполненный с возможностью обеспечения под воздействием внешних сил упругой деформации его концевых частей с малыми потерями на гистерезис и восприятия средней частью наибольших контактных напряжений, при отношении суммарной длины концевых частей этого элемента к длине его средней части, находящейся в пределах 0,25…0,75, обеспечил в составе гусеничной цепи:
- снижение потерь мощности при работе шарнира и увеличение его ресурса;
- увеличение продольной жесткости гусеничной цепи;
- увеличение устойчивости гусеничной цепи в гусеничном обводе;
- снижение предварительного натяжения гусеничной цепи;
- увеличение КПД гусеничного движителя.
Предлагаемая конструкция шарнира представлена на чертеже. В конкретном исполнении шарнир содержит первый элемент в виде металлического пальца 1 и второй элемент, у которого концевые части выполнены в виде резиновых втулок 2, навулканизированных на металлический палец 1, а средняя часть выполнена в виде втулок 3 из полимерных материалов повышенной жесткости, при этом средняя часть является опорой скольжения.
Между втулками 3 расположено электропроводное кольцо 4, выполненное из материала более мягкого, чем материал металлического пальца 1. Это необходимо для снижения потерь на трение в гусеничной цепи.
Принцип работы шарнира заключается в распределении скручивающих и растягивающих усилий между втулками 2 и 3 при движении транспортного средства.
Отношение суммарной длины концевых частей к длине средней части второго элемента, находящееся в пределах 0,25…0,75, выбрано таким образом, чтобы:
- резиновые втулки 2 при кручении обладали меньшими потерями на гистерезис, при этом их длина была минимально-необходимой для удержания пальца в осевом направлении и надежно защищали втулки 3 от воздействия внешней среды;
- суммарная длина втулок 3 соответствовала предельным радиальным нагрузкам, воздействующим на шарнир, и обеспечивала необходимое перераспределение радиальной нагрузки с втулок 2 на втулки 3.
При работе шарнира, установленного в проушины трака гусеничной цепи транспортного средства, возникает электростатическое напряжение, которое создает помехи работе электронным устройствам транспортного средства. Для снятия электростатического напряжения, возникающего в гусеничной цепи при движении транспортного средства, предназначено электропроводное кольцо 4, контактирующее с пальцем 1 и проушиной трака гусеничной цепи.