Шарнирное соединение

Полезная модель относится к конструкциям манипуляторов технологических машин, в частности, к их шарнирным соединениям, и может быть использована в подъемно- транспортной, лесозаготовительной, строительной, и других отраслях.
Известно шарнирное соединение, содержащее две проушины охватывающую и охватываемую, две антифрикционные втулки с внутренними и наружными рабочими поверхностями, четыре блока пружинных полуколец, составляющих пружинные шайбы, распорную втулку, втулку с внутренней рабочей поверхностью и палец. Антифрикционные втулки выполнены с возможностью поворота как относительно втулки, так и относительно пальца. Два блока с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к торцевым сторонам распорной втулки, установленной с натягом во втулке, и два блока с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к внутренним сторонам охватывающей проушины. На втулках с торцевых сторон выполнены канавки, имеющие вид храповых зубьев, и по направлению ответны направлению свободных концов полуколец блоков, составляющих пружинные шайбы с возможностью их заклинивания. В конструкции шарнирного соединения реверсивное трение преобразуется в прерывистое вращательное посредством механизмов блокировки, состоящих из блоков, включающих пружинные шайбы, и канавок, выполненных в виде храповых зубьев на торцах втулок (патент RU, №2242644, КМП F16C 11/00.).
Известное шарнирное соединение также имеет повышенную сложность конструктивного исполнения и обладает недостаточной износостойкостью, надежностью и долговечностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является шарнирное соединение элементов манипулятора, содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора, подшипники скольжения и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора цилиндрическую ось, отличающийся тем, что фиксация оси в проушинах одного из звенев манипулятора осуществляется через промежуточные вкладыши, обладающие повышенной радиальной податливостью, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конической резьбовой посадки между осью и вкладышами (патент RU, №2742669, КМП B25J 17/00, F16C 11/04.).
Однако известное шарнирное соединение имеет сложность с обеспечением осевого взаимного позиционирования неподвижных элементов шарнирного соединения, а также недостаточные тепловые показатели вследствие возможного перегрева подвижного подшипникового узла соединения.
Технической задачей полезной модели является повышение износостойкости и тепловых характеристик предложенного шарнирного соединения. Эта задача решается за счет рационального размещения теплопоглощающего легкоплавкого материала во внутренней полости шарнирного пальца и обеспечения повышенного отвода тепловой энергии, а также путем создания аморфизирующего антифрикционного слоя
В результате обеспечивается следующий технический результат - повышение износостойкости за счет оптимизации тепловых характеристик шарнирного соединения путем повышенного теплоотвода через теплоотводящие элементы и стабилизация, тем самым, теплового режима на контактных поверхностях узлов трения шарнирного соединения, а также аккумуляции ее в легкоплавком материале, находящегося с теле шарнирного пальца.
Поставленная цель достигается тем, что шарнирное соединение, содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора подшипники скольжения и зафиксированный относительно другого элемента манипулятора шарнирный палец, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конических резьбовых посадок между пальцем и вкладышами, при этом в теле пальца выполнена внутренняя полость, заполняемая легкоплавким термоаккумулирующим материалом, соединенная с рабочей зоной формируемого подшипника скольжения теплоотводящими элементами, изготавливаемыми из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Теплоотводящие элементы имеют коническую форму с конусностью 0,5-1,5° и диаметром 2-4 мм и размещаются в конических радиальных отверстиях, выполненных в пустотелой зоне пальца методом запрессовки на глубину, примерно равную радиусу пальца таким образом, чтобы на рабочей поверхности пальца оставалась выступающая часть высотой 0,4-0,6 мм. При этом теплоотводящие элементы располагают по винтовой линии с шагом 8-10 мм и расстоянием между соседними отверстиями окружности по наружному диаметру пальца, равном 15-20 мм. После формирования конструкции шарнирного пальца его наружную поверхность подвергают поверхностной деформирующей обработке для переформирования структуры материала выступающих частей теплоотводящих элементов, и образования над фрикционной поверхностью шарнирного пальца выступающих макронеровностей высотой 0,05-0,08 мм, с последующей приработкой пальца совместно с вкладышами подшипника скольжения для создания аморфного антифрикционного промежуточного слоя толщиной 5-10 мкм.
Благодаря такой конструкции повышается износостойкость соединения и обеспечивается достаточный теплоотвод и стабилизация температурного режима работа узла.
На фиг. 1 изображена конструкция шарнирного соединения, на фиг. 2 изображен шарнирный палец с теплоотводящими элементами, на фиг. 3 изображен шарнирный палец с аморфизирующим слоем.
Шарнирное соединение состоит из шарнирного пальца 1 с коническими радиальными отверстиями, выполненными по винтовой линии в пустотелой зоне пальца, проушин 2 и 3 смежных элементов манипулятора, 4 вкладыши с внутренней конической резьбой, 5 вкладыши подшипников скольжения, 6 демпфирующий элемент, 7 распорная втулка, 8 болт, 9 теплоотводящие элементы, 10 легкоплавкий материал.
Для сборки шарнирного соединения формируем шарнирный палец 1. Для снижения температуры на контактных поверхностях узлов трения и не допущении их перегрева в теле шарнирного пальца 1 выполнена внутренняя пустотелая полость, заполняемая легкоплавким термоаккумулирующим материалом 10. Это позволяет в определенной степени перенаправить тепловые потоки в область шарнирного пальца 1 и уменьшить тепловую нагрузку на материал вкладыша подшипника скольжения 5. В теле шарнирного пальца 1 выполняются конические радиальные отверстия, расположенные по винтовой линии в пустотелой зоне пальца 1, которая соединена с рабочей зоной подшипников скольжения 5 теплоотводящими элементами 9, изготавливаемых из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, сплавы на основе меди.
Теплоотводящие элементы 9 имеют коническую форму с конусностью 0,5-1,5° и диаметром 2-4 мм и размещены в конических радиальных отверстиях, выполненных в пустотелой зоне пальца 1, например, методом запрессовки на глубину, примерно равную радиусу пальца таким образом, чтобы на рабочей поверхности пальца оставалась выступающая часть высотой 0,4-0,6 мм (фиг. 2).
При этом теплоотводящие элементы 9 располагают по винтовой линии с шагом 8-10 мм и расстоянием между соседними отверстиями окружности наружного диаметра пальца 15-20 мм.
После формирования конструкции шарнирного пальца 1 его наружную поверхность подвергают поверхностной деформирующей обработке для переформирования структуры материала выступающих частей теплоотводящих элементов 9 и образования над фрикционной поверхностью шарнирного пальца выступающих макронеровностей 11 (фиг. 3) высотой 0,05-0,08 мм.
Для создания аморфного антифрикционного промежуточного слоя толщиной 5-10 мкм шарнирный палец 1 подвергают приработке совместно с вкладышами подшипников скольжения 5, что позволяет повысить износостойкость узлов трения шарнирного соединения.
Температуру плавления легкоплавкого термоаккумулирующего материала 10, при заполнении им внутренней полости шарнирного пальца 1, следует задавать ниже температуры плавления материала вкладыша, При этом следует подбирать легкоплавкие материал с температурой плавления ниже 90°С, желательно эвтектические сплавы, например, сплав содержащий висмут 33,7% индий 65,3% (Тпл = 72°С) или висмут 49,5%, свинец 27,27%, олово 13,13%, кадмий 10,1% (Тпл = 70°С).
Шарнирный палец 1 с аморфизирующим слоем и легкоплавким материалом 10, расположенным в пустотелой зоне пальца, фиксируется в проушинах 2 одного из элементов манипулятора коническим резьбовым соединением с за счет вкладышей 4, выполненных с внутренней конической резьбой и вращается относительно другого смежного элемента манипулятора 3 посредством вкладышей подшипников скольжения 5.