RU2338936C1 - Ball-and-socket joint insert - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: ball-and socket joint insert is made of thermoplastic anti-fraction polymer material and features inner spherical surface, its end face being truncated, and outer surface furnished with locking ledges. The insert outer surface has lengthwise meridian grooves arranged along the end face circumference on the aforesaid truncated part and getting over onto the non-truncated part, the groove bottom thickness making 0.02 to 0.6 of the insert wall thickness. The insert inner spherical surface features circular grooves and a spherical recess. The insert outer surface top is made with a thickening part. The application of the above-described insert allows a gapless contact between friction surfaces, uniform distribution of contact strains, ruling out the contact between the filler and the ball pin sphere.

EFFECT: improved operating properties and longer life.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах управляемых колес и шарнирных соединениях рулевых механизмов транспортных средств.The invention relates to mechanical engineering and can be used in ball joints of steered wheels and swivel joints of steering mechanisms of vehicles.

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).A liner of the spherical hinge of the front suspension of vehicles is known, which is a truncated spherical shell made of thermoplastic material having protrusions on the outer surface and longitudinal slots radially spaced around the circumference on the truncated part. The cuts on the truncated surface form the petals necessary for introducing the spherical head of the ball finger with the corresponding axial force, as well as for its elastic coverage after the final deformation, automatic maintenance of the clearance-free landing during operation when the loads are perceived in different planes due to the axial and radial elasticity of the liner petals . On the inner surface of the shell there are meridional grooves aligned with the slots, and a central groove communicating with the grooves, which act as active accumulators of lubricant and wear products. After the spherical head with the insert is inserted into the hinge body, the package is axially compressed using a locking ring rolled into the body (see patent for invention No. 20166277 with priority dated March 16, 1992).

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.A significant drawback of the liner described above is that, due to the error in the shape of the spherical surface of the finger head and the inner surface of the liner, the elastic deformation of the petals is not sufficient to ensure uniform contact of the rubbing surfaces and eliminate gaps. In this case, the contact stresses on the inner surface of the liner will be uneven.

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.As a result, during operation this will result in intensive wear of the liner, and the presence of gaps under the influence of vibration loads can lead to partial destruction of the liner and failure of the hinge as a whole.

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.A hinge is known where a ball pin with a liner mounted on a spherical head is enclosed in a housing consisting of two halves. The space between the housing and the liner is filled with a thermosetting composition, which is introduced at a temperature and pressure close to the plasticity limit of the liner material (see patent for invention No. 2049376 with a priority of 02/03/94). The specified liner is an analogue of the liner according to patent No. 20167777, made with slots for entering a spherical head of a spherical finger. Filling with thermosetting composition under the above conditions eliminates the influence of manufacturing errors of the finger sphere and the mating surface of the liner and achieves a gap-free connection.

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.The disadvantage of this invention is that thermosetting composition containing a reinforcing filler, such as fiberglass, when filling fills the slots, which reduces the antifriction properties of the liner. As a result of this, intense wear of the spherical surface of the finger occurs, leading to an increase in its roughness. With further work of the product, the rough surface of the finger will wear out the liner, which will lead to the appearance of a backlash of the finger in the housing and the failure of the product. In addition, when pouring, there is a possibility of the liner melting at the injection site of the thermosetting composition, as well as its uneven distribution, which can lead to the formation of voids in the cavity between the body and the hinge insert after the material has hardened. To eliminate these voids, an additional crimping operation of the housing is often introduced, which increases the complexity and negatively affects the distribution of contact stresses in the connection of the sphere of the ball finger with the liner, leading to intense uneven wear of the latter. The meridional arrangement of the grooves does not allow it to fully fulfill its role of active accumulators of lubricant and wear products, since the swing of the ball finger prevails over rotation. When swinging, a part of the spherical surface of the spherical finger moves along the grooves, as a result of which the lubricant located in the groove remains in them, without falling onto the working surfaces of the friction pair, while it moves along the groove. In the case of the liner according to patent No. 201677, the lubricant at the first swing will be forced out of the grooves into the cavity of the hinge body and friction surfaces will be left without lubrication, which will lead to quick wear of the liner. The presence of one annular groove with lubrication during operation is not enough.

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.The problem to which the present invention is directed is to provide a gapless contact of the rubbing spherical surfaces of the finger and the liner with a uniform distribution of contact stresses, the maximum elimination of thermosetting composition in the friction zone, the possibility of holding the largest amount of lubricant and its long-term presence on the rubbing surfaces.

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.The problem is solved by the new design of the ball joint insert. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view, and figure 2 is a view of the inner surface of the liner with annular grooves.

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.The liner contains a longitudinal outer meridional grooves 1 in an amount of at least three pieces, located around the circumference from the side of the truncated part with the approach to the unbroken part. The thickness of the bottom of the groove is 0.02-0.6 of the thickness of the wall of the liner. On the inner surface of the liner there are made annular grooves 2 and a spherical recess 3 for lubrication and wear products. Additionally, element 4 was made on the insert, excluding its penetration at the place of filling of the filler material and creating a directed movement of the melt.

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.The liner works as follows. Due to the longitudinal grooves 1 having thinning, the collection of the liner with the sphere of a spherical finger is ensured and slots are inserted into which the filler material is poured, the contact area of the spherical surface of the finger with the antifriction material of the liner increases, thereby improving the performance of the ball joint as a whole. Since the swing of the ball finger occurs across the annular grooves 2, the wear products, moving after the movement of the sphere of the finger, fall into the grooves of the liner, displacing grease from there, thereby reducing friction in the hinge joint. The annular shape of the grooves and the spherical recess 3 allow you to save a larger amount of lubricant inside the hinge and provide a couple of friction with a constant feed during operation of a metered amount of lubricant, which extends the service life of the ball joint. An additional element 4 at the top of the liner, in addition to preventing penetration of the material of the liner, contributes to the uniform distribution of thermosetting composition when filling the cavity between the housing and the liner. This eliminates the possibility of the formation of voids and the need for additional compression of the housing.

Claims (2)

1. Вкладыш шарового шарнира, выполненный из термопластичного антифрикционного полимерного материала с внутренней сферической поверхностью, усеченный с торца, с фиксирующими выступами по наружной поверхности, отличающийся тем, что на наружной поверхности вкладыша выполнены продольные меридиональные канавки, расположенные по окружности торца на усеченной части с заходом на неусеченную часть с толщиной дна канавки 0,02-0,6 от толщины стенки вкладыша, на внутренней сферической поверхности вкладыша выполнены кольцевые канавки и сферическое углубление.1. The ball joint insert made of thermoplastic antifriction polymer material with an internal spherical surface, truncated from the end face, with fixing protrusions on the outer surface, characterized in that longitudinal meridional grooves are made on the outer surface of the insert, located around the end circumference on the truncated part with approach on the uncut part with the thickness of the bottom of the groove 0.02-0.6 of the thickness of the wall of the liner, on the inner spherical surface of the liner there are ring grooves and a spherical deepening. 2. Вкладыш по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность вкладыша в вершине выполнена с утолщением.2. The liner according to claim 1, characterized in that the outer surface of the liner at the top is made with a thickening.

Images