Результат интеллектуальной деятельности: ВКЛАДЫШ ШАРОВОГО ШАРНИРА

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах управляемых колес и шарнирных соединениях рулевых механизмов транспортных средств.

Известен вкладыш шарового шарнира передней подвески транспортных средств, который представляет собой усеченную сферическую оболочку, выполненную из термопластичного материала, имеющую на наружной поверхности выступы и на усеченной части радиально расположенные по окружности продольные прорези. Прорези на усеченной поверхности образуют лепестки, необходимые для ввода сферической головки шарового пальца при соответствующем осевом усилии, а также для упругого охвата ее после окончательной деформации, автоматического поддержания беззазорной посадки во время эксплуатации при восприятии нагрузок в различных плоскостях за счет осевой и радиальной упругости лепестков вкладыша. На внутренней поверхности оболочки выполнены меридиональные пазы, совмещенные с прорезями, и центральная канавка, сообщающаяся с пазами, выполняющие роль активных накопителей смазки и продуктов износа. После ввода сферической головки с вкладышем в корпус шарнира производится осевое сжатие пакета с помощью стопорного кольца, завальцованного в корпус (см. патент на изобретение №2016277 с приоритетом от 16.03.92).

Существенным недостатком описанного выше вкладыша является то, что из-за погрешности формы сферической поверхности головки пальца и внутренней поверхности вкладыша упругой деформации лепестков недостаточно для обеспечения равномерного контакта трущихся поверхностей и исключения зазоров. При этом контактные напряжения на внутренней поверхности вкладыша будут иметь неравномерный характер.

В результате при эксплуатации это повлечет интенсивный износ вкладыша, а наличие зазоров под воздействием вибронагрузок может привести к частичному разрушению вкладыша и выходу из строя шарнира в целом.

Известен шарнир, где шаровой палец с надетым на сферическую головку вкладышем заключен в корпус, состоящий из двух половинок. Пространство между корпусом и вкладышем заполняется термоотверждающимся составом, который вводят при температуре и давлении, близкими к пределу пластичности материала вкладыша (см. патент на изобретение №2049376 с приоритетом от 03.02.94). Указанный вкладыш является аналогом вкладыша по патенту №2016277, выполнен с прорезями для ввода сферической головки шарового пальца. Заполнение термоотверждающимся составом при вышеуказанных условиях позволяет исключить влияние погрешностей изготовления сферы пальца и ответной поверхности вкладыша и добиться беззазорного соединения.

Недостатком указанного изобретения является то, что термоотверждающийся состав, содержащий армирующий наполнитель, например стекловолокно, при заливке заполняет прорези, что снижает антфрикционные свойства вкладыша. В результате этого происходит интенсивный износ сферической поверхности пальца, приводящий к повышению ее шероховатости. При дальнейшей работе изделия шероховатая поверхность пальца будет изнашивать вкладыш, что приведет к появлению люфта пальца в корпусе и выходу изделия из строя. Кроме этого, при заливке существует вероятность расплавления вкладыша в месте впрыска термоотвердающегося состава, а также неравномерного его распределения, что может привести к образованию пустот в полости между корпусом и вкладышем шарнира после затвердевания материала. Для устранения этих пустот часто вводится дополнительная операция обжимки корпуса, увеличивающая трудоемкость и отрицательно влияющая на распределение контактных напряжений в соединении сферы шарового пальца с вкладышем, приводящее к интенсивному неравномерному износу последнего. Меридиональное расположение канавок не позволяет в полной мере выполнять отведенную им роль активных накопителей смазки и продуктов износа, так как качание шарового пальца преобладает над вращением. При качании часть сферической поверхности шарового пальца перемещается вдоль канавок, в результате чего смазка, находящаяся в канавке, остается в них, не попадая на рабочие поверхности пары трения, при этом происходит ее перемещение вдоль канавки. В случае с вкладышем по патенту №2016277 смазка при первых же качаниях будет вытесняться из канавок в полость корпуса шарнира и трущиеся поверхности останутся без смазки, что приведет к быстрому износу вкладыша. Наличие же одной кольцевой канавки со смазкой в процессе эксплуатации недостаточно.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение беззазорного контакта трущихся сферических поверхностей пальца и вкладыша с равномерным распределением контактных напряжений, максимального исключения термоотверждающегося состава в зоне трения, возможности удержания наибольшего количества смазки и долговременного присутствия ее на трущихся поверхностях.

Поставленная задача решается новой конструкцией вкладыша шарового шарнира. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид, а на фиг.2 - вид внутренней поверхности вкладыша с кольцевыми канавками.

Вкладыш содержит продольные наружные меридиональные канавки 1 в количестве не менее трех штук, расположенные по окружности со стороны усеченной части с заходом на неусеченную часть. Толщина дна канавки составляет 0,02-0,6 от толщины стенки вкладыша. На внутренней поверхности вкладыша выполнены кольцевые канавки 2 и сферическое углубление 3 под смазку и продукты износа. Дополнительно на вкладыше выполнен элемент 4, исключающий его проплавление в месте заливки материала-заполнителя и создающий направленное движение расплава.

Работает вкладыш следующим образом. За счет продольных канавок 1, имеющих утонения, обеспечивается собираемость вкладыша со сферой шарового пальца и исключаются прорези, в которые заливается материал-заполнитель, площадь соприкосновения сферической поверхности пальца с антифрикционным материалом вкладыша увеличивается, тем самым эксплуатационные характеристики шарового шарнира в целом улучшаются. Так как качание шарового пальца происходит поперек кольцевых канавок 2, то продукты износа, перемещаясь вслед за движением сферы пальца, попадают в канавки вкладыша, вытесняя оттуда смазку, тем самым обеспечивается уменьшение трения в шарнирном соединении. Кольцевая форма канавок и сферическое углубление 3 позволяют сохранять больший объем смазки внутри шарнирного соединения и обеспечить пару трения постоянной подпиткой в процессе эксплуатации дозированным количеством смазки, что продлевает срок службы шарового шарнира. Дополнительный элемент 4 в вершине вкладыша, кроме предотвращения проплавления материала вкладыша, способствует равномерному распределению термоотверждающегося состава при его заполнении полости между корпусом и вкладышем. Тем самым исключается возможность образования пустот и необходимость дополнительного обжатия корпуса.