1.3 Применение шаровых шарниров в подвеске легковых автомобилей

Шаровые шарниры, устанавливаемые в передней подвеске автомобиля (рисунок 1.4), представляют собой ответственные сопряжения, это связано с тем, что они воспринимают в значительные усилия во всех плоскостях: вертикальные – от массы автомобиля, продольные и поперечные – при торможении, ускорении и при поворотах. Надежность шарниров оказывает непосредственное влияние на безопасность движения автомобиля [29].

Рисунок 1.4 - Различные варианты конструкций шаровых шарниров используемых в подвесках автомобилей

1.3.1 Конструкция шаровых шарниров

Шаровые шарниры состоят из следующих элементов:

- корпус шарового шарнира – является базовой деталью, предназначен для размещения и фиксации остальных элементов шарового шарнира, а также передачи усилий от шарового пальца к элементам подвески или рулевого управления [30];

- шаровый палец – основной рабочий элемент шарового шарнира предназначен для передачи усилий от одних элементов подвески к другим с компенсацией их взаимного перемещения в различных плоскостях путем вращения шаровой головки пальца в корпусе шарнира [31] (рисунок 1.5);

- вкладыш шарового пальца является подшипником скольжения – предназначен для уменьшения трения при вращении головки шарового пальца и продления ресурса шарового пальца [32];

- защитный чехол – предназначен для защиты пары трения вкладыш – головка шарового пальца от попадания воды, грязи, абразивных частиц, таким образом, является незначительным, но очень важным элементом шарового шарнира, от целостности которого зависит ресурс шарнира в целом [33, 34];

- смазка – предназначена для уменьшения трения в паре вкладыш – головка шарового пальца.

В качестве полимерной матрицы композиционного материала для заполнения пространства между вкладышем и корпусом могут быть использованы, например, полиамид, полиимид, полиэфир, полиэтилен или полибутадиентерафтолат (рисунок 1.5) [29, 30 - 58].

Рисунок 1.5 - Устройство шаровых шарниров:

1 - монолитный корпус, 2 - полимерный вкладыш, 3 - палец, 4 - сферическая головка, 5 - верхний корпус, 6 - нижний корпус, 7 - защитный чехол, 8 - галтель шарового пальца, 9 - верхняя часть конусной части пальца, 10 - горизонтальный буртик, 11- уплотняющая втулка, 12 - слой термоотверждаемого клеевого состава, 13 - термоотверждаемый наполнитель, 14 - соединяющий элемент, 15 - прокладка, 16 - соединяющий болт, 17 - гайка, 18 - цилиндрическая часть пальца, 19 - коническо-цилиндрический хвостовик, 20 - пластина жесткости, 21 - пружинное кольцо, 22 - кольцевая канавка, 23 - съемная уплотнительная втулка, 24 - ребро жесткости вкладыша, 25 - присоединительный фланец, 26 - сквозное отверстие, 27 - стопорное устройство, 28 - датчик выработки, 29 - выточка в гнезде корпуса, 30 - сегмент сопряжения, 31 - выступы на вкладыше, 32 - резьбовая часть пальца

1.3.2 Классификация шаровых шарниров

По принципу технического обслуживания шаровые шарниры подразделяются на шарниры, требующие технического обслуживания в процессе эксплуатации (рисунок 1.6) и шарниры, не требующие такого обслуживания (самосмазывающиеся) (рисунок 1.4).

Рисунок 1.6 - Пример шарового шарнира требующего технического обслуживания

Шаровые шарниры подразделяются в зависимости от используемого механизма, это могут быть шарнирные головки, сферические подшипники скольжения, наконечники гидро- и пневмоцилиндров (рисунок 1.7) [59-63].

Шаровые шарниры также используются в изготовлении протезов тазобедренного и коленного сустава человека [14,15]

Рисунок 1.7 - Шарнирные наконечники гидро- и пневмоцилиндров