Przegub kulowy - Ball joint
.jpg)
W samochodzie , przeguby kulowe są łożyska sferyczne , które łączą wahacze do zwrotnic osi przedniej i są stosowane w praktycznie każdym samochodzie wykonany. Oni bionicznie przypominają przegubów kulowych-wtykowe znaleźć w większości czworonogów zwierząt.
Przegub kulowy składa się z kołka łożyska i gniazda zamkniętego w obudowie; wszystkie te części są wykonane ze stali . Kołek łożyska jest stożkowy i gwintowany i pasuje do stożkowego otworu w zwrotnicy. Osłona ochronna zapobiega przedostawaniu się brudu do złącza. Zwykle jest to gumopodobny but, który umożliwia ruch i rozszerzanie się smaru. Przeguby kulowe z kontrolą ruchu są zwykle utrzymywane za pomocą wewnętrznej sprężyny, która pomaga zapobiegać problemom z drganiami w połączeniu.
Przesunięty przegub kulowy zapewnia środki ruchu w systemach, w których występują rozszerzanie i kurczenie termiczne, wstrząsy, ruchy sejsmiczne i skrętne oraz siły.
Teoria
Przegub kulisty stosuje umożliwiają swobodny obrót w dwóch płaszczyznach, jednocześnie zapobiegając tłumaczenie w dowolnym kierunku, w tym obracać się w tych płaszczyznach. Połączenie dwóch takich przegubów z wahaczami umożliwia ruch we wszystkich trzech płaszczyznach, umożliwiając sterowanie przednim końcem samochodu oraz zawieszenie sprężynowo-amortyzacyjne (amortyzujące), aby jazda była wygodna.
Proste zawieszenie sworznia zwrotnego wymaga, aby górne i dolne wahacze (wahacze) miały osie obrotu równoległe i w ścisłej geometrycznej relacji do sworznia zwrotnego, lub górne i dolne czopy łączące sworzeń zwrotny z wahaczami byłyby poważnie obciążone, a łożyska uległyby silnemu zużyciu. W praktyce wiele pojazdów posiadało elastomerowe łożyska w poziomych czopach czopów, co pozwalało na niewielką elastyczność, która jednak była niewystarczająca, aby umożliwić wykonanie dużej regulacji kółka , a także wprowadzono podatność tam, gdzie projektant zawieszenia mógł nie chcieć w jego dążeniu do optymalnej obsługi. Pochylenia kąt ten może być regulowana zasadniczo zarówno przez przemieszczanie wewnętrznej czopy na każdej górnej i dolnej ramienia sterującego do wewnątrz lub na zewnątrz przez dokładnie równej ilości. Jednak podatność wewnętrznych czopów wahacza, zwykle z powodu zastosowania łożysk elastomerowych, ponownie powodowałaby naprężenie czopów. Swoboda projektanta zawieszenia była ograniczona, konieczne było zapewnienie pewnej podatności tam, gdzie mogło to nie być pożądane, i bardzo mało, gdy więcej byłoby przydatne w pochłanianiu przedniego i tylnego obciążenia uderzeniowego od wybojów.
Wprowadzenie górnych i dolnych przegubów kulowych pozwoliło na 3-osiową przegubowość, a tym samym zlikwidowało wszystkie ograniczenia dotyczące dokładnie równoległych osi wahaczy, dzięki czemu kółko można było swobodnie regulować, zwykle poprzez asymetryczną regulację położenia wewnętrznych czopów wahacza, podczas gdy camber był regulowany przez symetryczną regulację tych samych czopów.
Ustalenia do regulacji kąta zbieżności nie są zmieniane przez wprowadzenie przegubów kulowych w zawieszeniu, chociaż sam drążek kierowniczy musi wykorzystywać 4 lub więcej czopów, również zwykle przegubów kulowych, a w prawie każdym pojeździe, jaki kiedykolwiek wyprodukowano, niektóre z nich były regulowane przez z gwintowaną końcówką i przeciwnakrętką, aby umożliwić precyzyjne ustawienie czubka.
Ta możliwość precyzyjnego dostrojenia zawieszenia z przegubami kulowymi pozwala producentom uczynić samochód bardziej stabilnym i łatwiejszym w prowadzeniu w porównaniu ze starszym zawieszeniem typu kingpin. Może być również cichszy i wygodniejszy, ponieważ podatność boczną i przednią i tylną zawieszenia można wprowadzić w kontrolowanych ilościach na wewnętrznych czopach wahacza bez naruszania integralności czopów osi kierownicy, które teraz są przegubami kulowymi zamiast królewskimi szpilka i czopy. Płynniejsza jazda może również wydłużyć żywotność bieżnika opony, ponieważ zawieszenie z przegubem kulowym umożliwia lepszą kontrolę geometrii zawieszenia, a tym samym może zapewnić lepszy kontakt opony z nawierzchnią.
Cel, powód
W nowoczesnych pojazdach przeguby są osią między kołami a zawieszeniem samochodu. Obecnie są one prawie powszechnie stosowane w przednim zawieszeniu, po zastąpieniu układu kingpin /linkpin lub kingpin /czołek, ale można je również znaleźć w tylnym zawieszeniu kilku samochodów o wyższych osiągach. Przeguby kulowe odgrywają kluczową rolę w bezpiecznej pracy układu kierowniczego i zawieszenia samochodu.
Wiele obecnie produkowanych samochodów na całym świecie wykorzystuje zawieszenie kolumny MacPhersona , które wykorzystuje jeden przegub kulowy na stronę, między dolnym końcem kolumny a wahaczem, przy czym niezbędną niewielką ilość przegubów w górnej części kolumny zapewnia zwykle łożysko elastomerowe , w którym znajduje się łożysko kulkowe umożliwiające swobodny obrót wokół osi kierownicy. Tak więc w zawieszeniu są zwykle tylko dwa przeguby kulowe, jednak w drążku kierowniczym będą co najmniej cztery (końcówki drążków kierowniczych i końcówki zębatki).
W zawieszeniu samochodowym bez kolumny MacPhersona dwa przeguby kulowe są nazywane „przegubem górnym” i „przegubem dolnym”. Dolne przeguby kulowe są czasami większe i mogą się szybciej zużywać, ponieważ obciążenia do przodu i do tyłu, głównie z powodu hamowania, są wyższe w dolnym przegubie kulowym. (Reakcja momentu obrotowego i opór dodają się w dolnym złączu, a częściowo znoszą w górnym złączu.) Ponadto boczne obciążenia na zakrętach są wyższe w dolnym złączu. W zależności od konstrukcji zawieszenia, pionowe obciążenie sprężyny zawieszenia może być przenoszone całkowicie przez górny przegub kulowy lub całkowicie przez dolny przegub kulowy. Obciążenie amortyzatora (które w normalnych warunkach jest niskie, zero podczas postoju, ale w szczytowym momencie uderzenia lub odbicia może być prawie tak duże jak obciążenie sprężyny) jest zwykle, ale nie zawsze, przyjmowane na tym samym przegubie kulowym, co obciążenie sprężyny . Obciążenie stabilizatora jest często, ale nie zawsze, przenoszone na dolny przegub kulowy. Może być pobierany przez górny przegub kulowy lub bezpośrednio ze zwrotnicy za pomocą przegubów kulowych.
Jeśli jeden z przegubów kulowych nie jest obciążony sprężyną, można go wyposażyć w wewnętrzną sprężynę zapobiegającą grzechotaniu, aby utrzymać kulę w kontakcie z jednym gniazdem. Tak było w przypadku BMC Mini z 1959 roku i wielu jego pochodnych, gdzie dolny wahacz nie przenosił obciążenia pionowego, więc potrzebne było połączenie i sprężyna zapobiegająca grzechotaniu, podczas gdy górny przegub, składający się z identycznych części, był zawsze ściskany z powodu sprężyna (gumowy stożek) i tłumik obciążenia, a więc nie była wyposażona w sprężynę.
Inne pojazdy z lat 60., w tym niektóre Vauxhall, miały niższe przeguby kulowe ze znacznym luzem końcowym, ponieważ przegub był zawsze naprężony, ponieważ obciążenia sprężyny i amortyzatora były przykładane przez dolny wahacz i zawsze były niezerowe.
Innym przykładem jest Ford Focus, w którym zastosowano rozpórki MacPhersona, a drążek stabilizatora jest połączony bezpośrednio z rozpórką, dzięki czemu dolny przegub kulowy przenosi tylko obciążenia trakcji/hamowania do przodu i do tyłu oraz boczne pokonywanie zakrętów.
Napęd na przednie koła
W przeciwieństwie do sworznia królewskiego, który wymaga montażu pośrodku koła, aby mógł się obracać, przeguby łączą się z górnym i dolnym końcem trzpienia (zwrotnicy), z wahaczami . Pozostawia to środkową część otwartą, aby umożliwić korzystanie z napędu na przednie koła . Starsze konstrukcje sworzni zwrotnicy mogą być używane tylko w konfiguracji z napędem na tylne koła .
Smarowanie
Uszczelnione przeguby kulowe nie wymagają smarowania, ponieważ są „ smarowane na całe życie”. Dawniej większość przegubów kulowych posiadała smarowniczki (czasami nazywane smarowniczkami ) i była zaprojektowana do okresowego dodawania smaru, jednak prawie wszystkie nowoczesne samochody używają uszczelnionych przegubów kulowych, aby zminimalizować wymagania konserwacyjne. Smar był zwykle smarem o bardzo wysokiej lepkości . Powszechnie uważa się, że standardowe przeguby kulowe przetrwają uszczelnione, ponieważ w końcu uszczelka pęknie, powodując wysychanie i rdzewienie przegubu . Dodatkowo czynność dodawania nowego smaru wypycha stary i suchy smar, przedłużając żywotność złącza. Miało to być wykonywane w odstępach od 1000 do 2000 mil w wielu pojazdach, co jest niezgodne z okresem między przeglądami w nowoczesnych samochodach, często 12 000 mil lub więcej, a w każdym razie właściciele rzadko się tym zajmowali, co skutkowało poważnym zużyciem i możliwe uszkodzenie przegubu kulowego, które może spowodować poważne wypadki. Z tego powodu prawie wszystkie przeguby kulowe w nowoczesnych samochodach europejskich lub dalekowschodnich są uszczelnione na całe życie. Nowa technologia zastosowana w szczególności do konstrukcji łożysk wewnętrznych pozwoliła przegubom kulowym na spełnienie tych dłuższych okresów międzyobsługowych. Specjalne konstrukcje zawierają łożyska ze spiekanego metalu, które zastępują uszczelnioną wersję OEM z polimeru/plastiku oraz ulepszone uszczelki osłony przeciwpyłowej, które znacznie lepiej zatrzymują smar.
Kulisty przegub toczny
Sferyczne przeguby toczne to wysoce precyzyjne przeguby kulowe składające się ze sferycznej bieżni zewnętrznej i wewnętrznej oddzielonej łożyskami kulkowymi. Łożyska kulkowe są umieszczone w kulistym uchwycie i toczą się wzdłuż powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej. Taka konstrukcja pozwala na bardzo niskie tarcie złącza przy zachowaniu dużego zakresu ruchu i luzu na poziomie 1 μm . SRJ są często używane w równoległych aplikacjach robotycznych, takich jak platforma Stewart , gdzie niezbędna jest wysoka sztywność i niski luz .
Większość SRJ jest zaprojektowana z przesuniętą obudową, co pozwala na większe obciążenia ściskające na mniejszej przestrzeni. Alternatywnie, złącze można zmontować od tyłu, aby uzyskać większą wytrzymałość na rozciąganie, ale mniejszy zakres ruchu.
Alternatywą dla SRJ jest przegub uniwersalny , który składa się z dwóch przegubów obrotowych . Stosując sferyczne złącza toczne zamiast uniwersalnych, projektanci mogą zmniejszyć liczbę złączy, aby osiągnąć ten sam wynik. Zastosowanie przegubu kulistego w przeciwieństwie do przegubu uniwersalnego eliminuje również problematyczną możliwość wystąpienia osobliwości kinematycznej . Łożyska przegubowe ślizgowe mogą być używane zamiast SRJ kosztem zwiększonego tarcia, ale dają możliwość dalszego wstępnego obciążenia połączenia.
Awaria
Chociaż nie ma dokładnej żywotności, którą można by zapewnić uszczelnionym przegubom kulowym, mogą one ulec awarii już po 80 000 mil (130 000 km) w nowoczesnych pojazdach, a znacznie wcześniej w starszych pojazdach. Oznaki uszkodzenia przegubu kulowego mogą zacząć się od nagłego wybuchu dźwięku w wyniku demontażu przegubu kulowego. Potem kontynuuje trzaskanie, trzaskanie lub trzaskanie, gdy obraca się kierownicą, i ostatecznie zamienia się w pisk pod koniec postoju, gdy używany jest pedał gazu i/lub podczas uderzania w wyboje. Innym objawem mogą być odgłosy „głuszenia” dochodzące z przedniego zawieszenia podczas pokonywania nierówności. Suche przeguby kulowe znacznie zwiększają tarcie i mogą powodować zacinanie się kierownicy lub utrudnienia.
Jeśli przegub kulowy ulegnie awarii, wyniki mogą być niebezpieczne, ponieważ kąt koła staje się nieograniczony, powodując utratę kontroli. Ponieważ opona będzie ustawiona pod niezamierzonym kątem, pojazd gwałtownie się zatrzyma, uszkadzając opony. Ponadto podczas awarii zanieczyszczenia mogą uszkodzić inne części pojazdu.
Inne zastosowania
Podczas gdy w żargonie motoryzacyjnym termin „przegub kulowy” zwykle odnosi się do głównych połączeń przegubów kulowych na końcach wahaczy, ten typ przegubu jest również stosowany w innych częściach, w tym w końcówkach drążków kierowniczych. W tych innych zastosowaniach są one zwykle nazywane końcówkami drążków kierowniczych lub, gdy są to wewnętrzne końcówki drążków kierowniczych w zębatkowym układzie kierowniczym, nazywane są zespołami gniazd wewnętrznych. Przeguby te są również używane w wielu innych zastosowaniach niezwiązanych z motoryzacją, od przegubów lalek do innych połączeń mechanicznych dla różnych urządzeń lub w dowolnym miejscu, w którym pożądany jest stopień obrotu w ruchu.
Zobacz też
- Łożysko końca drążka (przegub heim)
- Krzesło uchylne Shaker (jedno z najwcześniejszych opatentowanych zastosowań tej technologii)
- Głowa w poduszce (metalurgia)