ШАРОВОЙ ШАРНИР СТОЙКИ СТАБИЛИЗАТОРА УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности, к шарнирам, используемых преимущественно в стойках стабилизаторов поперечной устойчивости автомобилей.
Известен шаровой шарнир, содержащий корпус наконечника стойки с гнездом, в котором размещен вкладыш, охватывающий металлическую головку пальца (патент RU 72284, опубл. 10.04.2008). Вкладыш выполнен из стойкого на износ полимерного материала с высоким коэффициентом упругости, сжатого при сборке и обеспечивающего качание пальца вокруг геометрического центра шарнира в пределах заданного телесного угла, при этом головка пальца имеет сферическую или цилиндрическую форму. При сборке шарнира, в полость заранее изготовленного вкладыша вставляется с натягом головка пальца, где соприкасающиеся поверхности вкладыша и головка пальца скрепляются при помощи клея или спеканием при высокой температуре. Затем вкладыш с пальцем вставляется в гнездо корпуса и фиксируется поджимной крышкой, устанавливаемой через шайбу и притягиваемой болтами к корпусу шарнира. После притягивания поджимной крышки к корпусу, вкладыш утапливается одной стороной в гнезде корпуса, при этом односторонне упруго деформируясь и уменьшаясь в пределах 5-8% от первоначального объема. Недостатками известного шарового шарнира являются его довольно сложная конструкция, трудоемкость в изготовлении шарового и цилиндрического пальцев и их относительно высокая стоимость, опасность деформации вкладыша и образования зазоров при натягивании вкладыша на головку пальца при сборке, неравномерное распределение усилий по толщине вкладыша из-за его одностороннего уплотнения поджимной крышкой, что может привести к образованию в нем трещин и преждевременному разрушению шарнира, негативное воздействие высокой температуры на вкладыш при спекании его внутренней поверхности с головкой пальца, снижающие его упругие свойства, что также может привести к разрушению шарнира.
Также, известно качающееся шарнирное соединение между несущей рамой автомобиля и его мостом, предназначенное для снижения уровня колебаний автомобиля при его движении (патент US 1912780, опубл. 06.06.1933). Соединение содержит шаровой шарнир, корпус которого выполнен из двух соединенных при помощи сварки профильных секций, образующими внутри корпуса сферическое гнездо, в котором расположен резиновый вкладыш, примыкающий нескользящим соединением к внутренней стенке гнезда. Вкладыш плотно охватывает шаровую головку пальца нескользящим соединением гнезда. Вкладыш плотно охватывает шаровую головку пальца нескользящим соединением, что обеспечивает высокую степень трения в контакте между головкой и вкладышем и ограничивает степень качания пальца, которое составляет небольшой угол. Недостатками известного качающегося шарнирного соединения являются его сложная конструкция, трудоемкость в изготовлении шарового пальца и его высокая стоимость, опасность образования зазоров при натягивании вкладыша на головку пальца при сборке, что может привести к образованию трещин и преждевременному разрушению шарнира, негативное воздействие высокой температуры на резиновый вкладыш при сварке корпуса, снижающие упругие свойства вкладыша, что также может привести к разрушению шарнира.
В качестве прототипа принят стабилизатор устойчивости автомобиля, предназначенный для поглощения колебаний и ударных нагрузок при помощи принудительной рычажной передачи между рессорой и несущей рамой автомобиля при его движении (патент ЕР 0479598, опубл. 08.04.1992). Стабилизатор содержит шаровой шарнир, корпус которого выполнен из соединенных между собой при помощи обжатых загнутых кромок куполообразных штампованных деталей, имеющих выпуклую базовую основу и выполненных за одно целое с концевыми элементами рычажной стойки стабилизатора. В отверстие внутри корпуса установлен выполненный из термопластического диэлектрического материала вкладыш, например, из ацеталя или высокоплотного полипропилена. Вкладыш содержит упругую полусферическую часть, которая охватывает головку шарового пальца сверху, и гибкую полусферическую часть, которая расположена снизу головки и удерживает шаровой шарнир внутри вкладыша. На резьбовую часть пальца, выступающего из отверстия корпуса под прямым углом, одета стаканообразная резиновая накладка, которая через шайбу обжата гайкой, накрученной на резьбовой участок пальца и закрывает зазор вокруг него в корпусе. Накладка выполнена из толстостенной резины и, кроме защитных функций, также воспринимает амплитуду колебания свободного конца пальца в пределах заданного телесного угла при восприятии знакопеременных динамических нагрузок от рычажной передачи, соединяющей рессору и несущий корпус автомобиля. Недостатками известного стабилизатора устойчивости автомобиля являются сложная конструкция его шарового шарнира, трудоемкость изготовления шарового пальца и его высокая стоимость, неравномерное распределение усилий по толщине составленного из двух частей вкладыша из-за его одностороннего уплотнения при обжатии загнутых кромок штампованных деталей корпуса и стаканообразной накладки шайбой с обжимной гайкой на пальце, что может привести к смещению составных частей вкладыша и его деформации, образованию в нем трещин и преждевременному разрушению шарнира, также, существует опасность разрушения стаканообразной резиновой вставки, подверженной большим знакопеременным нагрузкам, что может отрицательно сказаться на долговечности вкладыша и пальца, привести к преждевременному разрушению шарнира вследствие попадания в него грязи и воды, абразивному износу и коррозии рабочих поверхностей шарового шарнира.
Технической задачей, для решения которой предлагается полезная модель, является упрощение конструкции шарового шарнира и снижение затрат на его изготовление за счет применения широко используемых в производстве материалов и стандартных деталей, обеспечение равномерного распределения усилий по толщине вкладыша и плотности сопряжения головки пальца с вкладышем, предотвращение попадания грязи и влаги на соприкасающиеся поверхности головки пальца и внутренней поверхности вкладыша, повышение износостойкости рабочих поверхностей головки пальца и вкладыша и увеличение эксплуатационного ресурса шарового шарнира, повышение функциональных характеристик его вкладыша при восприятии динамических нагрузках со всех рабочих направлений.
Указанная техническая задача решается предлагаемым шаровым шарниром стойки стабилизатора устойчивости автомобиля, содержащим: корпус, выполненный с возможностью жесткого закрепления на конце стойки стабилизатора; отверстие, выполненное в корпусе; вкладыш, изготовленный из пластичного материала и запрессованный в отверстие; палец с головкой, которую плотно охватывает вкладыш таким образом, чтобы обеспечить амплитуду колебания свободного резьбового конца пальца в пределах заданного телесного угла. Новым является то, что палец выполнен в виде болта с шестигранной головкой, что позволит упростить процесс изготовления пальца и снизить стоимость шарнира. Вкладыш может быть выполнен методом формования совместно с шестигранной головкой, запрессован в отверстие и дополнительно уплотнен с двух противоположных сторон отверстия, что позволит равномерно распределить сжимающие усилия по его толщине. Уплотнение вкладыша эффективнее, если наружный диаметр вкладыша до его запрессовки в корпус будет превышать внутренний диаметр корпуса не менее, чем на 12%. Вкладыш может быть дополнительно уплотнен с двух противоположных сторон отверстия с помощью загнутых торцевых кромок, что позволит повысить эксплуатационные характеристики шарнира. Оптимально, если запрессовка и дополнительное уплотнение вкладыша будет обеспечивать степень его сжатия на 15-18%. Вкладыш может быть выполнен из полиуретана.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан продольный разрез шарового шарнира с пальцем в виде стандартного болта с шестигранной головкой, на фиг.2 показан его поперечный разрез.
Полезная модель поясняется примером конкретного выполнения.
Шаровой шарнир 1 стойки стабилизатора поперечной устойчивости автомобиля содержит жестко соединенный с концом стойки кольцеобразный стальной корпус 2 (см. фиг.1 и 2), в который запрессован вместе с шестигранной головкой 3 пальца 4 полиуретановый вкладыш 5, охватывающий головку 3 и часть основания пальца 4, при этом выступающие торцевые кромки 6 стенок корпуса 2 находятся в загнутом положении, равномерно уплотняя вкладыш 5 с обоих сторон. Вкладыш 5 обеспечивает амплитуду колебания свободного конца пальца 4 в переделах заданного телесного угла, который удерживается за счет упругих деформаций полиуретанового вкладыша 5. В качестве пальца 4 используется стальной стандартный болт с шестигранной головкой, соответствующий техническим требованиям, применяемым в автомобилестроении, что позволит упростить процесс изготовления шарнира 1 и снизить его стоимость. Поверхность головки 3 и часть основания пальца 4 плотно прилегают к внутренней поверхности вкладыша 5, не деформируя его и не образуя зазоров, тем самым предотвращая образование мест сосредоточения напряжений и образования трещин.
Шаровой шарнир 1 стойки стабилизатора изготавливают в следующей последовательности. В специальную форму (не показана) устанавливают палец 4, выполненный в виде стандартного болта с шестигранной головкой 3 и заливают полиуретановой смесью с отвердителем. После отвердевания вкладыш 5 с пальцем 4 достают из формы и производят сборку шарнира 1, для чего в заранее изготовленный, проточенный по кромкам корпус 2 запрессовывают вкладыш 5 с пальцем 4, при этом наружный диаметр полиуретанового вкладыша 5 превышает внутренний диаметр корпуса 2, по меньшей мере, на 12%. Затем торцевые кромки 6 корпуса 2 одновременно обжимают с обеих сторон корпуса 2, тем самым осуществляя равномерное двусторонне уплотнение вкладыша 5 совместно с головкой 3 пальца 4, уменьшая внутренний диаметр корпуса 2 на 5%, а объем вкладыша 5 на 15%-18%, тем самым повышая его демпфирующие свойства.