ПОВОРОТНЫЙ КУЛАК

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к конструкции поворотного кулака колесного транспортного средства.
Из описания к патенту RU33357U1, МПК B62D 7/18, публ. 20.10.2003 г, известна конструкция поворотного кулака колесного транспортного средства, содержащая корпус поворотного кулака, шаровую опору с двумя противолежащими полусферическими опорами шкворней, снабженными вкладышами из антифрикционного материала, механизмы регулирования зазоров и шкворни, выполненные в виде пальцев с полусферическими головками. Механизм регулирования зазоров, в состав которого входит резьбовая втулка, предназначен для предварительного нагружения шкворня на опору шкворня.
Описанная выше конструкция поворотного кулака имеет следующие недостатки:
- повышенная сложность конструкции, обусловленная наличием двух механизмов регулирования зазоров;
- повышенная трудоемкость сборки поворотного кулака из-за необходимости регулировки величины предварительного нагружения шкворней на опоры;
- низкая надежность эксплуатации поворотного кулака, которая обусловлена малой глубиной выемок в опорах шкворней и ненадежной фиксацией вкладышей в них (при эксплуатации вкладыши могут выдавливаться из опор шкворней);
- низкая износостойкость конструкции из-за вытеснения смазки в процессе эксплуатации из зоны контактирования поверхностей вкладыша и головки шкворня;
- повышенные затраты на обслуживание, обусловленные необходимостью выполнения в процессе эксплуатации регулировки величины предварительного нагружения шкворней на опоры из-за износа вкладышей в отсутствие смазки.
Из описания к патенту RU 826667 U1, МПК B62D 7/18, публ. 10.05.2009 г., известна конструкция поворотного кулака, содержащая корпус поворотного кулака, шаровую опору с двумя противолежащими опорами шкворней, снабженными вкладышами из антифрикционного материала, механизмы регулирования зазоров и шкворни, выполненные в виде пальцев с полусферическими головками.
В указанном выше патенте решалась задача повышения износостойкости поворотного кулака путем выполнения в шкворнях сквозных осевых отверстий (масляных каналов), в которые с внешней стороны установлены пресс-масленки, а также выполнения вкладышей из металла.
Для повышения надежности фиксации вкладышей в опорах шкворней предлагалось снабдить вкладыши специальными выступами, а опоры - соответствующими им пазами.
Конструкции описанного выше поворотного кулака присущи следующие недостатки:
- повышенная сложность конструкции, обусловленная наличием масленок;
- повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью выполнения в шкворнях сквозных осевых отверстий, а в опорах - пазов для фиксации вкладышей;
- повышенная трудоемкость сборки поворотного кулака из-за необходимости регулировки величины предварительного нагружения шкворней на опоры;
- повышенные затраты на обслуживание поворотного кулака при эксплуатации, которое включает в себя регулировку величины предварительного нагружения шкворней на опоры с установленными в них вкладышами, а также закачивание смазки в масленки.
Из описания к патенту RU 2272187 C2, МПК F16C 11/06, публ. 20.03.2006 г., известны конструкция и способ сборки шарового шарнира транспортного средства. Конструкция включает корпус с углублением, шаровой палец со сферической головкой, установленной в углублении, вкладыш из антифрикционного материала, расположенный между корпусом и головкой, и стопорное устройство, выполненное в виде кольца. При сборке шарнира головку устанавливают в гнездо вкладыша, вставляют в углубление корпуса, устанавливают стопорное кольцо, к которому прикладывают нагрузку для обеспечения предварительного нагружения сферической головки пальца, после чего посредством закатки, либо обжатием верхней части корпуса фиксируют вкладыш и кольцо в корпусе.
Неразъемная конструкция шарового шарнира с вкладышем из антифрикционного материала не нуждается в обслуживании и выдерживает длительный срок эксплуатации. В ней исключено появление дефекта «выдавливание вкладыша из корпуса».
Известны и получили широкое распространение конструкции шаровых шарниров, см., например, описание к патенту RU 12199 U1, МПК F16C 11/06, публ. 16.12.1999 г., в которых вкладыш снабжен полостями и/или канавками, выполняющими функции сборника смазочного материала.
Из уровня техники, см., например, описание к патенту RU 26256 U1, МПК F16C 11/06, публ. 20.11.2002 г., известна также эффективность оснащения шарового шарнира транспортного средства защитным чехлом из термопластичного полимера, заполненным смазкой, для предотвращения утечки смазки при эксплуатации и защиты от попадания грязи и воды внутрь шарнира.
За ближайший аналог поворотного кулака принята конструкция, известная из описания к патенту RU 104914U1, МПК B62D 7/18, публ. 27.05.2011 г. Конструкция ближайшего аналога содержит корпус поворотного кулака, шаровую опору с двумя противолежащими опорами шкворней, в выемках которых установлены вкладыши из антифрикционного материала, и шкворни, выполненные в виде пальцев с полусферическими головками.
Глубина выемок в опорах шкворней ближайшего аналога невелика и не превышает величины радиуса полусферы шкворня. Для повышения надежности фиксации вкладыша в опоре шкворня и уменьшения вероятности его выдавливания из опоры шкворня при эксплуатации транспортного средства, в опоре шкворня выполнены пазы, а вкладыш снабжен соответствующими выступами, которые утапливаются в пазы при сборке.
Недостатками прототипа являются:
- повышенная сложность конструкции, обусловленная наличием двух механизмов регулирования зазоров;
- повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью выполнения в опорах пазов для фиксации вкладышей;
- повышенная трудоемкость сборки поворотного кулака из-за необходимости регулировки величины предварительного нагружения шкворней на опоры с вкладышами;
- низкая износостойкость конструкции из-за вытеснения смазки в процессе эксплуатации из зоны контактирования вкладыша и шкворня;
- повышенная трудоемкость обслуживания, что обусловлено необходимостью выполнения в процессе эксплуатации регулировки величины предварительного нагружения шкворней на опоры с вкладышами из-за износа вкладышей в отсутствие смазки.
Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое техническое решение, заключаются в снижении трудоемкости сборки поворотного кулака, увеличении срока его службы и снижении трудоемкости обслуживания.
Указанные технические результаты могут быть получены в конструкции, включающей в себя корпус поворотного кулака и шаровую опору, верхний и нижний шкворни, выполненные в виде пальцев с головками, опоры шкворней с выемками и вкладыши из антифрикционного материала, уставленные в выемках опор шкворней.
Технические результаты достигаются тем, что каждая опора шкворня выполнена в виде цилиндрического корпуса с выемкой, глубина которой превышает величину радиуса головки шкворня, и снабжена защитным чехлом, заполненным смазкой; головка каждого шкворня выполнена сферической формы, а вкладыш охватывает большую часть сферической поверхности головки, снабжен, по меньшей мере, одной боковой полостью, заполненной смазкой, и зафиксирован в углублении опоры шкворня стопорным кольцом.
Выполнение опор шкворней с выемками глубиной, превышающей величину радиуса головки шкворня, позволяет добиться сразу нескольких положительных моментов:
- исключить возможность выдавливания вкладышей при эксплуатации и тем самым повысить надежность и срок службы поворотного кулака;
- применить вкладыши с боковыми выемками, заполненными смазкой, что улучшает смазывание трущихся поверхностей, повышает объем смазки в опоре, снижает износ вкладышей, увеличивает срок службы поворотного кулака и позволяет отказаться от использования в конструкции поворотного кулака механизмов регулирования зазоров;
- использовать для фиксации вкладышей стопорные кольца, которые после закатки краев выемок опор шкворней надежно фиксируют вкладыши в выемках опор.
Выполнение головок шкворней сферической формы объективно увеличивает их прочность и надежность шкворня в эксплуатации.
Технологический процесс получения пальцев со сферической головкой хорошо отработан промышленностью, что повышает технологичность конструкции шкворня и поворотного кулака в целом, позволяет применить заготовки из имеющегося ряда пальцев для шаровых шарниров. Отсутствие необходимости в выполнении галтелей снижает трудоемкость изготовления шкворней.
Конструкция защитных чехлов и технология их изготовления также хорошо отработаны при производстве шаровых шарниров транспортных средств.
Шкворневый узел, включающий в себя опору шкворня, шкворень, вкладыш, стопорное кольцо, защитный чехол и пружинное кольцо, собирается по хорошо отработанной при производстве шаровых опор технологии.
При сборке шкворневого узла автоматически обеспечивается нормированная величина предварительного нагружения сферической головки пальца на опору с установленным в ее выемку вкладышем, что повышает срок службы узла и поворотного кулака в целом.
Использование в конструкции поворотного кулака готовых шкворневых узлов резко снижает трудоемкость сборки поворотного кулака и позволяет отказаться от использования в его конструкции механизмов регулировки зазоров, снижает трудоемкость обслуживания поворотного кулака и упрощает его ремонт.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
На Фиг. 1 изображен поворотный кулак в разрезе.
На Фиг. 2 изображен верхний шкворень поворотного кулака.
На Фиг. 3 изображен верхний шкворневый узел в разрезе.
На Фиг. 4 изображен нижний шкворневый узел в разрезе.
Позициями на фигурах обозначены:
1 - корпус поворотного кулака;
2 - шаровая опора;
3 - опора верхнего шкворня;
4 - вкладыш верхнего шкворня;
5 - палец верхнего шкворня;
6 - сферическая головка верхнего шкворня;
7 - резьбовой участок на пальце шкворня;
8 - стопорное кольцо верхнего шкворня;
9 - защитный чехол верхнего шкворня;
10 - верхняя втулка;
11 - опора нижнего шкворня;
12 - вкладыш нижнего шкворня;
13 - палец нижнего шкворня;
14 - сферическая головка нижнего шкворня;
15 - стопорное кольцо нижнего шкворня;
16 - защитный чехол нижнего шкворня.
17 - нижняя резьбовая втулка;
18 - пружинное кольцо;
19 - полость во вкладыше под смазку.
Поворотный кулак (см. Фиг. 1) содержит корпус 1 поворотного кулака, шаровую опору 2, опору 3 верхнего шкворня, вкладыш 4 верхнего шкворня, верхний шкворень с пальцем 5 и головкой 6, опору 11 нижнего шкворня, вкладыш 12 нижнего шкворня; нижний шкворень с пальцем 13 и головкой 14.
Как можно заметить из Фиг. 1, предложенная конструкция поворотного кулака отличается от конструкции ближайшего аналога, помимо прочего, измененным расположением корпуса 1 относительно шаровой опоры 2, при котором отверстия в корпусе 1 и отверстия в шаровой опоре 2, расположенные вдоль общей шкворневой оси, чередуются (у аналога отверстия в корпусе поворотного кулака расположены снаружи по отношению к отверстиям в шаровой опоре). Такое изменение конструкции поворотного кулака позволило получить неожиданный дополнительный технический результат, заключающийся в существенном, по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, увеличении угла поворота колеса и повышении маневренности колесного транспортного средства.
Опора 3 верхнего шкворня установлена в отверстии корпуса 1 поворотного кулака, опора 11 нижнего шкворня установлена в отверстии шаровой опоры 2.
Палец 5 верхнего шкворня зафиксирован в отверстии шаровой опоры 2 с помощью верхней втулки 10 с коническим отверстием и гайки.
Нижнее отверстие в корпусе 1 поворотного кулака выполнено резьбовым.
Палец 13 нижнего шкворня зафиксирован в нижнем отверстии корпуса 1 с помощью нижней резьбовой втулки 17 с коническим отверстием и гайки.
Каждая опора 3,11 шкворня выполнена в виде цилиндрического корпуса с выемкой, глубина которой превышает величину радиуса R головки шкворня (см. Фиг. 2).
Конструкция опоры 3 верхнего шкворня отличается от конструкции опоры 11 нижнего шкворня наличием кольцевой проточки, предназначенной для фиксации опоры 3 на корпусе 1 поворотного кулака с помощью разрезного пружинного кольца (на Фиг. кольцо позицией не обозначено).
Каждая опора 3, 11 шкворня снабжена (см. Фиг. 3, 4) защитным чехлом 9, 16, заполненным смазкой. Чехол 9, 16 выполнен из термопластичного эластомера и зафиксирован на опоре шкворня пружинным кольцом 18. Назначение чехла 9, 16 - предотвращение утечки смазки при эксплуатации и защита от попадания грязи и воды внутрь опоры 3, 11.
Каждый шкворень поворотного кулака (см. Фиг. 2) изготовлен без галтели, характерной для шаровых шарниров транспортных средств, поскольку в поворотном кулаке нет необходимости в наклоне пальца шкворня относительно общей шкворневой оси. Благодаря отсутствию галтели, механическая прочность шкворня весьма высока. Головки 6, 14 шкворней выполнены сферической формы. Пальцы 5, 13 шкворней снабжены резьбовым участком 7.
Вкладыши 4, 12 выполнены литьем из антифрикционного полимерного материала. В каждом из вкладышей сформирована, по меньшей мере, одна полость 19 под смазку (см. Фиг. 3, 4).
Нижняя резьбовая втулка 17 изготовлена из металла. Отверстие во втулке 17 выполнено коническим. Втулка 17 снабжена пазом под отвертку и прорезным пазом на всю длину. Назначение втулки 17 - плотная фиксация пальца 13 нижнего шкворня в нижнем отверстии корпуса 1 поворотного кулака.
Перед сборкой поворотного кулака подсобирают верхний и нижний шкворневые узлы (см. Фиг. 3 и 4), каждый из которых включает в себя опору шкворня, вкладыш, шкворень, стопорное кольцо, защитный чехол и пружинное кольцо.
Способ сборки верхнего и нижнего шкворневого узла во многом повторяет способ сборки шарового шарнира транспортного средства, известный из описания к патенту RU 2272187 C2.
В полость 19 на внутренней поверхности вкладыша 4 (12) закладывают смазку. Вкладыш 4 (12) надевают на головку 6 (14) шкворня. Затем шкворень с вкладышем устанавливают в выемку опоры 3 (11) шкворня и закрывают стопорным кольцом 8 (15). Затем к стопорному кольцу 8 (15) прикладывают нагрузку для обеспечения предварительного нагружения головки 6 (14) шкворня на опору 3 (11), после чего посредством закатки либо обжатием верхней части опоры 3 (11) шкворня фиксируют вкладыш 4 (12) и стопорное кольцо 14 (15) в опоре 3 (4) шкворня.
Сборка поворотного кулака включает в себя:
- установку в верхнее отверстие корпуса 1 поворотного кулака верхнего шкворневого узла (пальцем 5 вверх) и фиксирование опоры 3 шкворня на корпусе 1 поворотного кулака с помощью разрезного пружинного кольца;
- завинчивание в нижнее резьбовое отверстие корпуса 1 поворотного кулака нижней резьбовой втулки 17 с коническим отверстием;
- установку в коническое отверстие втулки 17 нижнего шкворневого узла (пальцем 13 вниз) и фиксирование пальца 13 нижнего шкворня с помощью гайки на корпусе 1 поворотного кулака;
- установку шаровой опоры 2 так, чтобы в верхнее отверстие шаровой опоры 2 вошел палец 5 верхнего шкворня, а в нижнее отверстие опоры 2 - опора 11 нижнего шкворня;
- установку верхней втулки 10 на палец 5 верхнего шкворня;
- фиксирование шаровой опоры на корпусе 1 поворотного кулака путем затягивания гайки на резьбовом участке 7 пальца верхнего шкворня.
Нижнюю резьбовую втулку 17 закручивают в нижнее отверстие корпуса 1 поворотного кулака, пока она плотно не сядет на конусный участок поверхности пальца 13 нижнего шкворня.
Поворотный кулак в составе транспортного средства работает известным образом.
При воздействии управляющего усилия на корпус 1 поворотного кулака, он поворачивается вокруг общей шкворневой оси вместе с верхним и нижним шкворнями. При этом происходит скольжение сферических поверхностей головок 6, 14 шкворней по поверхностям соответствующих вкладышей 4, 12, которое обеспечивает поворот управляемого колеса транспортного средства.
Проведенные в отношении конструкций поворотных кулаков патентные исследования подтверждают мировую новизну заявленного технического решения.
Реализация полезной модели и эксплуатация опытных образцов в составе транспортных средств подтвердила ее промышленную применимость и достижение заявленных технических результатов.