способ изготовления шарового шарнира

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;

[_см] - допустимое напряжение при смятии для материала корпуса;

h - высота цилиндрической части вальцуемого пояска до обжатия;

R - радиус сферической поверхности дна корпуса;

- угол отклонения хвостовика относительно корпуса при эксплуатации;

d - диаметр шейки хвостовика,

после чего выполняют скос и производят указанное обжатие.

Описание изобретения к патенту

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;

[_см] - допустимое напряжение при смятии для материала корпуса;

h - высота цилиндрической части вальцуемого пояска до обжатия;

R - радиус сферической поверхности дна корпуса;

- 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;

ACCD - проекция точки A на прямую CD:

как взаимно перпендикулярные углы.

Из AOC имеем , подставляя значения OA и АС, получаем



Из BCD 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;

[_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 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 AOT и AOC должно выдерживаться соотношение:

или

откуда:



R²-h²R²sin²(+)

h²R²[1-sin²(+)]

h²R²cos²(+)

hRcos(+). (3)

Выражая угол 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.