Войти
Типичная шаровая опора с разрезом (справа) 
На конце внутренней рулевой тяги разрез открыт, чтобы обнажить шаровую опору. В автомобиле, шаровые опоры представляют собой сферические подшипники, которые соединяют рычаги управления с поворотными кулаками, и используются практически на каждом автомобиле. Они бионически напоминают шарнирно-шарнирные соединения, встречающиеся у большинства тетраподов животных.
Шаровая опора состоит из шпильки подшипника и гнезда заключен в кожух; все эти детали изготовлены из стали . Шпилька подшипника имеет коническую форму с резьбой и входит в коническое отверстие поворотного кулака. Защитный кожух предотвращает попадание грязи в узел шарнира. Обычно это резиновый чехол, который позволяет смазке двигаться и расширяться. Шаровые шарниры с контролем движения, как правило, удерживаются внутренней пружиной, которая помогает предотвратить вибрацию в рычажном механизме.
"Смещенный" шаровой шарнир обеспечивает движение в системах, в которых присутствуют тепловое расширение и сжатие, удары, сейсмические движения, крутильные движения и силы.
Шаровые опоры обеспечивают ограниченный диапазон плавного движения во всех направлениях Шаровая опора используется для обеспечения свободного вращения в двух плоскостях одновременно, предотвращая перемещение в любом направлении, включая вращение в этих плоскостях. Объединение двух таких шарниров с рычагами управления обеспечивает движение во всех трех плоскостях, позволяя управлять передней частью автомобиля, а пружинно-амортизационная (демпферная) подвеска делает поездку комфортной.
Простая подвеска поворотного шкворня требует, чтобы верхние и нижние рычаги управления (поперечные рычаги) имели оси поворота, параллельные и находящиеся в строгом геометрическом соотношении с поворотным шкворнем или верхней и нижней цапфами, которые соединяют шкворень с рычагами управления, будут сильно нагружены, а подшипники будут сильно изнашиваться. На практике многие транспортные средства имели эластомерные опоры в горизонтальных шарнирах цапф, что позволяло немного гибкость, однако этого было недостаточно для того, чтобы можно было произвести большую регулировку ролика, а также обеспечивало соответствие там, где Дизайнер подвески, возможно, не желал этого в своем стремлении к оптимальной управляемости. Угол развала обычно можно отрегулировать, перемещая оба внутренних шарнира верхнего или нижнего рычага подвески внутрь или наружу на точно равную величину. Но податливость внутренних шарниров рычага подвески, как правило, из-за использования эластомерных подшипников, снова вызывает нагрузку на цапфы. Свобода конструктора подвески была ограничена, необходимо было иметь некоторую податливость там, где это могло быть нежелательно, и очень мало там, где больше было бы полезно для поглощения ударной нагрузки в носу и корме от неровностей.
Введение шаровых шарниров сверху и снизу позволило 3-осевое шарнирное соединение и, таким образом, сняло все ограничения на точную параллельность осей рычага управления, так что ролик можно было свободно регулировать, как правило, путем асимметричной регулировки положения рычага. Внутренние шарниры рычага подвески, а развал регулировался симметричной регулировкой этих же шарниров.
Механизмы регулировки угла схождения схождения не меняются путем введения в подвеску шаровых опор, хотя сам рулевой механизм должен использовать 4 или более шарниров, также обычно шаровых шарниров, и почти Каждый автомобиль, когда-либо созданный, некоторые из них регулировались с помощью резьбового конца и контргайки, что позволяло точно регулировать схождение.
Эта возможность тонкой настройки шарнирно-шарнирной подвески позволяет производителям делать автомобиль более устойчивым и более легким в управлении по сравнению с более старой подвеской с шкворнем. Он также может быть более тихим и комфортным, потому что поперечная и продольная податливость в подвеске может быть обеспечена в контролируемых количествах на внутренних шарнирах рычага управления без ущерба для целостности шарниров оси поворота, которые теперь являются шаровыми шарнирами, а не королем. штифт и цапфы. Более плавный ход может также увеличить срок службы протектора шины, поскольку подвеска с шаровым шарниром позволяет лучше контролировать геометрию подвески и, таким образом, может обеспечить лучший контакт шины с дорогой.
Автомобиль с задним приводом, передняя подвеска на двойных поперечных рычагах с верхним и нижним шарнирами и наконечником рулевой тяги. На современных автомобилях шарниры представляют собой шарнир между колесами и подвеска автомобиля. Сегодня они почти повсеместно используются в передней подвеске, заменив шкворень шкворень / шкворень или шкворень / цапфа, но их также можно найти в задней подвеске некоторых высокопроизводительных автомобилей. Шаровые опоры играют решающую роль в безопасной эксплуатации рулевого управления и подвески автомобиля.
Во многих автомобилях, производимых в настоящее время по всему миру, используется подвеска со стойкой Макферсон, в которой используется по одному шаровому шарниру с каждой стороны между нижним концом стойки и рычагом подвески, с необходимым небольшим количеством шарнирного сочленения при верх стойки обычно обеспечивается эластомерным подшипником, внутри которого находится шарикоподшипник, обеспечивающий свободное вращение вокруг оси поворота. Таким образом, в подвеске обычно всего два шаровых шарнира, однако в рулевой трапеции будет как минимум четыре (концы рулевой тяги и стойки).
В автомобильной подвеске без стоек МакФерсон два шаровых шарнира называются «верхним шаровым шарниром» и «нижним шаровым шарниром». Нижние шаровые шарниры иногда больше и могут изнашиваться быстрее, потому что продольные и задние нагрузки, в первую очередь из-за торможения, выше на нижнем шаровом шарнире. (Реакция крутящего момента и сопротивление увеличиваются в нижнем шарнире и частично компенсируются в верхнем шарнире.) Кроме того, боковые угловые нагрузки выше в нижнем шарнире. В зависимости от конструкции подвески вертикальная нагрузка от пружины подвески может полностью восприниматься верхним шаровым шарниром или полностью нижним шаровым шарниром. Демпферная нагрузка (которая низкая в нормальных условиях, нулевая в неподвижном состоянии, но при пиковом толчке или отскоке может быть почти такой же большой, как нагрузка на пружину) обычно, но не всегда, принимается на тот же шаровой шарнир, что и нагрузка на пружину.. Нагрузка на стабилизатор поперечной устойчивости часто, но не всегда, принимается на нижний шаровой шарнир. Он может сниматься за верхний шаровой шарнир или непосредственно от поворотного кулака с помощью шарнирных опорных тяг.
Если один из шаровых шарниров не воспринимает нагрузку пружины, он может быть оснащен внутренней пружиной, предотвращающей дребезжание, чтобы шарик преимущественно контактировал с одним седлом. Так было в BMC Mini 1959 года и многих его производных, где нижний рычаг управления не нес вертикальной нагрузки, поэтому для соединения требовалась пружина, предотвращающая дребезжание, в то время как верхнее соединение, состоящее из идентичных частей, всегда находился в сжатом состоянии из-за нагрузок пружины (резиновый конус) и демпфера, поэтому не был снабжен пружиной.
Другие автомобили 1960-х годов, в том числе некоторые Vauxhall, имели нижние шаровые опоры со значительным концевым смещением, потому что шарнир всегда находился в напряжении, поскольку нагрузки пружины и амортизатора прикладывались через нижний рычаг управления и всегда не -нуль.
Другим примером является Ford Focus, в котором используются стойки MacPherson, а стабилизатор поперечной устойчивости соединен непосредственно со стойкой, поэтому нижний шаровой шарнир воспринимает только тяговые / тормозные и поперечные нагрузки на поворотах только вперед и назад.
В отличие от поворотного шкворня, для поворота которого требуется сборка в центре колеса, шарниры соединяются с верхним и нижним концом шпинделя (поворотный кулак) к рычагам управления. При этом центральная часть остается открытой, что позволяет использовать передний привод. Старые конструкции шкворня могут использоваться только в конфигурации с задним приводом .
Герметичные шаровые шарниры не требуют смазки, так как они «смазаны на весь срок службы». Раньше большинство шаровых шарниров имели пресс-масленку (иногда называемую смазкой zerk) и были разработаны для периодического добавления смазки, однако почти во всех современных автомобилях используются герметичные шаровые шарниры для минимизации требований к техническому обслуживанию. Смазка обычно представляет собой смазку с очень высокой вязкостью. Принято считать, что стандартные шаровые шарниры переживут герметичные, поскольку в конечном итоге уплотнение сломается, что приведет к высыханию соединения и ржавчине. Кроме того, добавление новой смазки вытесняет старую и сухую смазку, продлевая срок службы соединения. Это должно было выполняться с интервалами от 1000 до 2000 миль на многих транспортных средствах, что несовместимо с интервалом обслуживания на современных автомобилях, часто 12000 миль или более, и, в любом случае, редко выполнялось владельцами, что приводило к серьезному износу и возможный отказ шаровой опоры, что может привести к серьезным авариям. По этой причине почти все шаровые опоры современных европейских или дальневосточных автомобилей являются герметичными. Новая технология, особенно применяемая для внутренней конструкции подшипников, позволила шаровым шарнирам выдерживать более длительные интервалы обслуживания. Специальная конструкция включает подшипники из спеченного металла, которые заменяют герметичные полимерные / пластиковые версии OEM, и улучшенные пыльники, которые намного лучше удерживают смазку.
Сферический шарнир качения SRJ024C-P Сферический шарнир качения - это высокоточный шаровой шарнир, состоящий из сферического внешнего и внутреннего кольца, разделенных шарикоподшипниками. Шариковые подшипники помещены в сферический фиксатор и катятся как по внутренней, так и по внешней поверхностям. Такая конструкция позволяет соединению иметь очень низкое трение при сохранении большого диапазона движений и люфта на уровне 1 мкм. SRJ часто используются в параллельных робототехнических приложениях, таких как платформа Стюарта, где важны высокая жесткость и низкий люфт.
Большинство SRJ сконструированы со смещенным корпусом, что позволяет для более высоких сжимающих нагрузок в меньшем пространстве. В качестве альтернативы, соединение может быть собрано в обратном направлении для обеспечения большей прочности на растяжение, но меньшего диапазона движения.
Альтернативой SRJ является универсальный шарнир, который состоит из двух поворотных шарниров. Используя сферические шарниры качения вместо универсальных, конструкторы могут уменьшить количество шарниров для достижения того же результата. Использование сферического шарнира вместо универсального шарнира также устраняет проблемную возможность кинематической сингулярности. Сферические подшипники скольжения могут использоваться вместо SRJ в стоимость повышенного трения, но дает возможность дополнительно нагружать соединение.
Хотя не существует точного срока службы герметичных шаровых шарниров, они могут выйти из строя уже на 80000 миль (130 000 км) в современных автомобилях, и гораздо раньше в старых автомобилях.. Признаки неисправности шарового шарнира могут начаться с внезапного взрыва в результате демонтажа шарового шарнира. Затем он продолжает издавать щелкающий, щелкающий или щелкающий звук при повороте колеса и в конечном итоге превращается в скрипящий звук в конце остановки, при использовании педали газа и / или также при наезде на неровности. Еще одним признаком может быть стук, исходящий от передней подвески при движении по неровностям. Сухие шаровые опоры резко увеличивают трение и могут вызвать заедание рулевого управления или затруднить его.
Если шаровой шарнир выходит из строя, результаты могут быть опасными, поскольку угол колеса становится неограниченным, что приводит к потере контроля. Поскольку шина окажется под непредусмотренным углом, автомобиль резко остановится, повредив шины. Кроме того, во время отказа мусор может повредить другие части транспортного средства.
В автомобильной терминологии термин «шаровой шарнир» обычно относится к первичным соединениям шарового шарнира на концах На поперечных рычагах этот тип шарнира используется и в других частях, в том числе на концах рулевых тяг. В этих других применениях они обычно называются концами рулевой тяги или, когда они представляют собой конец внутренней рулевой тяги в реечной системе рулевого управления, они называются узлами внутренних гнезд. Эти шарниры также используются в ряде других неавтомобильных приложений, от шарниров кукол до других механических соединений для различных устройств или в любом месте, где желательна степень вращения при движении.
