Способ изготовления шарового шарнира

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам изготовления шарнирных соединений. Способ включает выполнение в корпусе углубления со сферическим дном и вальцуемым пояском, а также шаровой головки с хвостовиком и соединительной шейкой, установку шаровой головки в углубление корпуса, последующее выполнение на торце вальцуемого пояска скоса в сторону его наружной поверхности и обжатие вальцуемого пояска по шаровой головке с формированием внутренней сферической поверхности пояска, идентичной сферической поверхности дна, и с размещением поверхности торца вальцуемого пояска после обжатия перпендикулярно к продольной оси корпуса. Перед установкой шаровой головки в углубление корпуса вальцуемый поясок выполняют с внутренней поверхностью цилиндрической формы диаметром, идентичным диаметру сферической поверхности дна, и высотой h цилиндрической части, определяемой из приведенной зависимости, после чего выполняют скос и производят обжатие. Выполнение перед установкой шаровой головки в углубление корпуса вальцуемого пояска с указанными соотношениями размеров позволяет повысить надежность завальцовки шарового шарнира и выдержать требуемый угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации за счет обеспечения необходимого охвата вальцуемым пояском шаровой головки после обжатия. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам изготовления шарнирных соединений.

Известен способ изготовления шарового шарнира, включающий выполнение в корпусе углубления со сферическим дном и вальцуемым пояском, а также шаровой головки с хвостовиком и соединительной шейкой, установку шаровой головки в углубление корпуса и обжатие вальцуемого пояска по шаровой головке [1].

Недостатком данного способа является концентрация напряжении на торце вальцуемого пояска при обжатии.

Наиболее близким к предложенному способу-прототипу является способ изготовления шарового шарнира [2], включающий выполнение в корпусе углубления со сферическим дном и вальцуемым пояском, а также шаровой головки с хвостовиком и соединительной шейкой, установку шаровой головки в углубление корпуса, последующее выполнение на торце вальцуемого пояска скоса в сторону его наружной поверхности и обжатие вальцуемого пояска по шаровой головке с формированием внутренней сферической поверхности пояска, идентичной сферической поверхности дна, и с размещением поверхности торца вальцуемого пояска после обжатия перпендикулярно к продольной оси корпуса.

При обжатии пояска формируется внутренняя сферическая поверхность корпуса, а, как известно из [3], угол скоса зависит от высоты внутренней цилиндрической части вальцуемого пояска.

Недостатком данного способа является неопределенность соотношений между высотой внутренней цилиндрической части пояска до обжатия и необходимым охватом шаровой головки вальцуемым пояском после обжатия, излишняя высота внутренней цилиндрической части пояска до обжатия приводит к ограничению угла поворота хвостовика относительно корпуса после обжатия, недостаточная высота внутренней цилиндрической части пояска до обжатия приводит к недостаточной прочности соединения корпуса с хвостовиком.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности завальцовки шарового шарнира и обеспечение требуемого угла поворота хвостовика относительно корпуса при эксплуатации путем определения соотношений между высотой внутренней цилиндрической части пояска перед установкой шаровой головки в углубление корпуса и необходимым охватом шаровой головки вальцуемым пояском после обжатия.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе изготовления шарового шарнира, включающем выполнение в корпусе углубления со сферическим дном и вальцуемым пояском, а также шаровой головки с хвостовиком и соединительной шейкой, установку шаровой головки в углубление корпуса, последующее выполнение на торце вальцуемого пояска скоса в сторону его наружной поверхности и обжатие вальцуемого пояска по шаровой головке с формированием внутренней сферической поверхности пояска, идентичной сферической поверхности дна, и с размещением поверхности торца вальцуемого пояска после обжатия перпендикулярно к продольной оси корпуса, в отличие от прототипа в нем перед установкой шаровой головки в углубление корпуса вальцуемый поясок выполняют с внутренней поверхностью цилиндрической формы диаметром, идентичным диаметру сферической поверхности дна, и высотой h цилиндрической части, определяемой соотношением: где Р - эксплуатационное растягивающее усилие, действующее на корпус со стороны хвостовика; [σ_см] - допустимое напряжение при смятии для материала корпуса; h - высота цилиндрической части вальцуемого пояска до обжатия; R - радиус сферической поверхности дна корпуса; β - угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации; d - диаметр шейки хвостовика, после чего выполняют скос и производят обжатие указанным выше образом.

Выполнение вальцуемого пояска перед установкой шаровой головки в углубление корпуса с указанным соотношением размеров позволяет обеспечить величину охвата вальцуемым пояском шаровой головки после обжатия, определяющим требуемый угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации и необходимую прочность завальцовки, зависящую от растягивающего усилия, действующего на корпус со стороны хвостовика.

На фиг. 1 представлен в разрезе шаровой шарнир после обжатия; на фиг.2 представлен в разрезе корпус шарового шарнира до обжатия.

Шаровой шарнир состоит из корпуса 1 со сферическим углублением и с вальцуемым пояском 2, а также хвостовика 3 с шаровой головкой 4 и соединительной шейкой 5. На вальцуемом пояске 2 перед обжатием выполняют скос 6 в сторону наружной поверхности пояска. Практически разница между радиусами сферического углубления дна и шаровой головки составляет около 5 мкм [4], что обеспечивает возможность притирки сферической поверхности дна и установки шаровой головки.

При работе шарового шарнира, например, в аксиально-поршневом насосе происходит изменение угла наклона хвостовика относительно корпуса с их одновременным проворотом друг относительно друга, при этом по всасывающей полости возникает растягивающее усилие, стремящееся оторвать хвостовик от корпуса.

Способ изготовления шарового шарнира заключается в следующем. В корпусе 1, например, механической обработкой создают углубление со сферическим дном и вальцуемым пояском 2, а на хвостовике 3 выполняют шаровую головку 4 с соединительной шейкой 5. После этого шаровую головку 4 устанавливают в углубление сферической формы корпуса 1. Перед обжатием выполняют на торце вальцуемого пояска 2 скос 6 в сторону его наружной поверхности. Вальцуемый поясок 2 обжимают по шаровой головке 4, например, протягиванием через фильеру определенного диаметра с формированием внутренней сферической поверхности пояска, идентичной сферической поверхности дна корпуса, и обеспечением перпендикулярности торца вальцуемого пояска к продольной оси корпуса после обжатия.

Исходные значения для определения соотношений размеров корпуса и хвостовика, изображенных на фиг.1, приведены из условия обеспечения согласно [2] перпендикулярности торца пояска к продольной оси корпуса после обжатия и равенства высоты вальцуемого пояска до и после обжатия, т.е. - прямой. АС=BD При этом OM=OA=OD=R - радиус сферической поверхности дна корпуса;
BD= h - высота внутренней цилиндрической части вальцуемого пояска до обжатия;
OD=BT=R - радиус внутренней цилиндрической поверхности вальцуемого пояска до обжатия;
- угол выполнения скоса;
AC┴CD - проекция точки A на прямую CD:
как взаимно перпендикулярные углы.

Из AOC имеем , подставляя значения OA и АС, получаем

Из ΔBCD имеем
Необходимая прочность завальцовки определяется сопротивлением смятию вальцуемого пояска от растягивающего усилия, действующего на корпус со стороны хвостовика (например, при работе во всасывающей полости аксиально-поршневого насоса). Проекция вальцуемого пояска на плоскость, перпендикулярную оси корпуса и проходящую через центр сферы, определяет площадь, на которую воздействует растягивающее усилие, и составляет:

Из [3] известно, что
где P - эксплуатационное растягивающее усилие, действующее на корпус со стороны хвостовика;
S - площадь, на которую действует усилие;
[σ_см] - допустимое напряжение при смятии для материала корпуса, как менее прочного по сравнению с материалом хвостовика.

Следовательно,

подставляя из (2) значение S, получим

Окончательно .

Требуемый угол отклонения хвостовика β должен быть меньше или равен определяющего угловое положение крайней точки А вальцуемого пояска относительно соединительной шейки при совмещении продольных осей корпуса и хвостовика, для чего из сравнения ΔAOT и ΔAOC должно выдерживаться соотношение:
или
откуда:

R²-h²≥R²•sin²(β+ϕ)
h²≤R²[1-sin²(β+ϕ)]
h²≤R²•cos²(β+ϕ)
h≤R•cos(β+ϕ). (3)
Выражая угол ϕ через диаметр шейки хвостовика, имеем:

Подставляя (4) в (3), окончательно имеем:

В соответствии с приведенными расчетами для одновременного обеспечения требуемого угла отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации и необходимой прочности завальцовки вальцуемый поясок перед обжатием выполняют с внутренней поверхностью цилиндрической формы диаметром, идентичным диаметру сферической поверхности дна корпуса и высотой цилиндрической части, удовлетворяющей неравенству:

Выполнение перед установкой шаровой головки в углубление корпуса вальцуемого пояска с указанными соотношениями размеров позволяет повысить надежность завальцовки шарового шарнира и выдержать требуемый угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации за счет обеспечения необходимого охвата вальцуемым пояском шаровой головки после обжатия.

Литература:
1. Авторское свидетельство SU 1586893, кл. В 23 Р 15/00, 1987 г.

2. Авторское свидетельство SU 969994, кл. В 23 Р 15/00, F 16 С 11/06, 1991 г.

3. Р. С. Кинасошвили "Сопротивление материалов". М, "Наука", 1975 г., стр. 120.

4. A.Н. Гаврилов. И.А. Лебедев "Технология систем управления летательных аппаратов". М, "Машиностроение", 1971 г., стр.367.

Формула изобретения

Способ изготовления шарового шарнира, включающий выполнение в корпусе углубления со сферическим дном и вальцуемым пояском, а также шаровой головки с хвостовиком и соединительной шейкой, установку шаровой головки в углубление корпуса, последующее выполнение на торце вальцуемого пояска скоса в сторону его наружной поверхности и обжатие вальцуемого пояска по шаровой головке с формированием внутренней сферической поверхности пояска, идентичной сферической поверхности дна, и с размещением поверхности торца вальцуемого пояска после обжатия перпендикулярно к продольной оси корпуса, отличающийся тем, что перед установкой шаровой головки в углубление корпуса вальцуемый поясок выполняют с внутренней поверхностью цилиндрической формы диаметром, идентичным диаметру сферической поверхности дна, и высотой h цилиндрической части, определяемой соотношением

где Р - эксплуатационное растягивающее усилие, действующее на корпус со стороны хвостовика;
[σ_см] - допустимое напряжение при смятии для материала корпуса;
h - высота цилиндрической части вальцуемого пояска до обжатия;
R - радиус сферической поверхности дна корпуса;
β - угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации;
d - диаметр шейки хвостовика,
после чего выполняют скос и производят указанное обжатие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2