PL241393B1 - Adaptive ball-and-socket joint - Google Patents
Adaptive ball-and-socket joint Download PDFInfo
- Publication number
- PL241393B1 PL241393B1 PL433922A PL43392220A PL241393B1 PL 241393 B1 PL241393 B1 PL 241393B1 PL 433922 A PL433922 A PL 433922A PL 43392220 A PL43392220 A PL 43392220A PL 241393 B1 PL241393 B1 PL 241393B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- ball
- pin
- adaptive
- joint
- ball joint
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 2
- 229920006448 PE-UHMW Polymers 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Pivots And Pivotal Connections (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest adaptacyjny przegub kulowy przeznaczony do wykorzystania w przegubach robotów, a w szczególności w przegubach robotów kroczących, egzoszkieletów oraz robotów humanoidalnych pracujących w warunkach wysokiej stabilności pozostawania w określonej pozycji i zmniejszenia oporów ruchu podczas przemieszczania się. Adaptacyjny przegub kulowy posiadający górny zespół i dolny zespół. Górny zespół obejmuje kulowy sworzeń (1) zakończony kulą, w której osadzony jest sprężysty sworzeń (7) zakończony kulistym elementem (8). Dolny zespół obejmuje trzpień (4), cylindryczną obudowę, która ma boczne otwory (10). W bocznych otworach (10) osadzone są suwliwie pierścienie ślizgowe (13) które, poprzez sprężynę dociskową (14) i dociskowe wkrętki (15), połączone są ślizgowo z kulą. W trzpieniu (4) znajduje się stożkowy otwór (12), w którym umieszczony jest kulisty element (8) sprężystego sworznia (7). Przegub posiada możliwość wstępnej regulacji zmiany wartości luzu i oporu ruchu. Konstrukcja przegubu zapewnia samoczynny powrót górnego zespołu i dolnego zespołu do położenia początkowego.The subject of the invention is an adaptive ball joint intended for use in robot joints, in particular in joints of walking robots, exoskeletons and humanoid robots operating in conditions of high stability of staying in a certain position and reducing resistance to movement during movement. An adaptive ball joint having an upper assembly and a lower assembly. The upper assembly includes a ball pin (1) ended with a ball in which a spring pin (7) is seated which ends with a spherical element (8). The lower unit includes a spindle (4), a cylindrical housing that has side holes (10). In the side holes (10) sliding rings (13) are slidably mounted, which, through a compression spring (14) and pressure screws (15), are slidingly connected to the ball. There is a conical hole (12) in the spindle (4), in which the spherical element (8) of the spring pin (7) is placed. The joint has the ability to pre-adjust the change in the value of play and resistance to movement. The design of the joint ensures the automatic return of the upper unit and the lower unit to the initial position.
Description
PL 241 393 B1PL 241 393 B1
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest adaptacyjny przegub kulowy przeznaczony do wykorzystania w przegubach robotów, a w szczególności robotów kroczących, egzoszkieletów oraz robotów humanoidalnych pracujących w warunkach wysokiej stabilności pozostawania w określonej pozycji i zmniejszenia oporów ruchu podczas przemieszczania się. Wynalazek znajduje zastosowanie w układach technicznych gdzie wymagana jest wysoka stabilność ruchu zwłaszcza w robotyce, w robotach wielonożnych, w robotach humanoidalnych, w urządzeniach pomiarowych, w manipulatorach i robotach przemysłowych.The subject of the invention is an adaptive ball joint intended for use in joints of robots, in particular walking robots, exoskeletons and humanoid robots operating in conditions of high stability of staying in a certain position and reducing resistance to movement during movement. The invention is used in technical systems where high motion stability is required, especially in robotics, multi-legged robots, humanoid robots, measuring devices, manipulators and industrial robots.
W stanie techniki znany jest przegub kulowy, na przykład z polskiego patentu nr 211105, który posiada część kulistą, część nieruchomą oraz zespół ochronno-uszczelniający, który stanowi kołpakowa pokrywa z dwustopniowym gniazdem z osadzonymi elementami uszczelniającymi przylegającymi do powierzchni części kulistej przegubu.A ball joint is known in the prior art, e.g. from Polish patent No. 211105, which has a spherical part, a fixed part and a protective-sealing unit, which is a cap cover with a two-stage seat with embedded sealing elements adjacent to the surface of the spherical part of the joint.
Patent europejski nr EP 0481212 przedstawia przegub kulowy posiadający kulisty łeb, sworzeń przegubu i kulowy sworzeń łączący umieszczony w obsadzie złącznej o wnętrzu w kształcie naczynia, w którym może być poruszany w sposób wychylny. Przegub kulowy jest ślizgowo zmontowany w łożysku dołączonym do obsady złącznej.European patent no. EP 0481212 shows a ball joint having a spherical head, a joint pin and a ball connecting pin housed in a coupling holder with a vessel-shaped interior in which it can be pivoted. The ball joint is slide-mounted in a bearing attached to the coupling mount.
Kolejny przegub kulowy według patentu nr 198014, cechuje się tym, że składa się z dwóch części, z których druga część ma kulisty otwór połączony zatrzaskowo z pierwszą częścią w kształcie kuli z odchodzącą szyjką mającą półkulistą osłonę umieszczoną ślizgowo na zewnętrznej powierzchni kulistego otworu, przy czym średnica otworu kulistego w świetle jest mniejsza od średnicy kuli, a kula z odchodzącą szyjką jest wykonana z jednego materiału.Another ball joint according to the patent no. 198014, is characterized in that it consists of two parts, the second part of which has a spherical opening snap-fitted to the first spherical part with a protruding neck having a hemispherical skirt slidable on the outer surface of the spherical opening, wherein the lumen diameter of the spherical opening is smaller than that of the sphere, and the ball with the extending neck is made of a single material.
Z amerykańskiego opisu patentowego US 8714862 znany jest przegub kulowy posiadający sprężynę dyskową w pierścieniowym wgłębieniu, w obciążonym osiowo ślizgowym dolnym gnieździe. Sprężyna dyskowa służy do wstępnego obciążenia i ściskania górnego gniazda w dół w kierunku końca kulistego łba. Wstępne obciążenie utrudnia ruch obrotowy osiowy lub rotacyjny sworznia kulistego do momentu przyłożenia minimalnego obciążenia, w celu przekroczenia obciążenia wstępnego i spowodowania ruchu.From the US patent specification US 8714862 a ball joint is known having a disc spring in an annular recess in an axially loaded lower sliding seat. The disc spring is used to preload and compress the top seat down towards the spherical end of the head. Preloading prevents the axial or rotational movement of the ball pin until a minimum load is applied to exceed the preload and cause movement.
Przegub według patentu nr US 9291195, ujawnia zespół przegubu kulowego, w którym część kulowa sworznia jest umieszczona wewnątrz tulei łożyskowej w kształcie miseczki, a część trzonowa części kulowej wystaje z otwartego wnętrza przez otwarty koniec obudowy w celu połączenia z innym elementem. Dolne łożysko jest umieszczone w tulei łożyskowej i zawiera przedłużenie, które rozciąga się do otworu tulei łożyskowej trzymającej dolne łożysko w ustalonym położeniu wewnątrz tulei łożyskowej.The articulation of US Patent No. 9291195 discloses a ball joint assembly in which the pin ball portion is housed within a cup-shaped bearing bushing and the shaft portion of the ball portion protrudes from the open interior through the open end of the housing for engagement with another member. The lower bearing is housed within the bearing bushing and includes an extension that extends into the bore of the bearing bushing that holds the lower bearing in a predetermined position within the bearing bush.
Uniwersalny przegub kulowy według patentu nr US 8353776 zawiera pierwszy korpus obrotowy i drugi korpus obrotowy, połączone ze sobą obrotowo. Pierwszy korpus obrotowy zawiera eliptyczny łeb i część łączącą. Łeb ma główną oś i mniejszą oś prostopadłą do głównej osi. Drugi korpus obrotowy wyznacza eliptyczne gniazdo kulowe sprzęgnięte obrotowo z łbem pierwszego korpusu obrotowego tak, że łeb może obracać się wokół głównej osi lub mniejszej osi łba.The universal ball joint according to US Patent No. 8353776 comprises a first rotary body and a second rotary body pivotally connected to each other. The first rotary body includes an elliptical head and a connecting portion. The head has a major axis and a minor axis perpendicular to the major axis. The second rotating body defines an elliptical ball seat rotatably engaged with the head of the first rotating body such that the head can rotate about a major axis or minor axis of the head.
Znany ze stanu techniki przegub kulowy według patentu nr US 6533491, cechuje się tym, że dolne łożysko wyznacza dolną powierzchnię nośną otaczającą kulisty łeb po stronie otworu obudowy oraz przeciwległe górne ruchome łożysko wyznacza górną powierzchnię nośną, przy czym górne łożysko jest popychane przez sprężynę przy kulistym łbie, tak, aby móc poruszać się w kierunku dolnego łożyska, w sytuacji gdy zużywają się kulisty łeb lub dolne łożysko.The prior art ball joint according to US Patent No. 6,533,491 is characterized in that the lower bearing defines a lower bearing surface surrounding the spherical head on the bore side of the housing and an opposite upper movable bearing defines the upper bearing surface, the upper bearing being biased by a spring against the spherical head so as to be able to move towards the lower bearing when the spherical head or lower bearing is worn out.
Kolejny przegub kulowy według patentu nr US 7083356 posiada przegub kulowy z układem ograniczania ruchu kątowego pozwalający na swobodny ruch obrotowy sworznia kulistego, ale jednocześnie ogranicza ruch kątowy tego samego sworznia typu kulkowego w pewnym z góry określonym kierunku. Układ ograniczania ruchu według korzystnego przykładu wykonania jest stosowany w drążkach kierowniczych lub łączących, gdzie niepożądany jest ruch obrotowy względem jego osi wzdłużnej.Another ball joint according to US Patent No. 7083356 has a ball joint with an angular movement restriction system that allows free rotational movement of the ball pin, but at the same time limits the angular movement of the same ball-type pin in a predetermined direction. The restraint system of the preferred embodiment is used in steering or linkage rods where rotational movement with respect to its longitudinal axis is undesirable.
Z patentu europejskiego EP 1662158 znany jest przegub kulowy mający gniazdo z obudową mieszczącą kulowo ukształtowaną część przegubu i umożliwiającą jej ruch ślizgowy. Obsada obudowy jest skonfigurowana dla powstrzymania wzajemnego ruchu pomiędzy obsadą i gniazdem. Przegub zawiera element w kształcie ściętego stożka w obsadzie i przystającą część tego stożka w gnieździe. Ponadto obsada i gniazdo mają rowkowane powierzchnie, sprzężone między sobą, dla: zapewnienia zamocowania obudowy z gniazdem; zapobieżenia względnemu ruchowi pomiędzy obudową i gniazdem, a także uszczelnienia pierwszej obwodowej powierzchni stykowej pomiędzy obsadą i gniazdem.European patent EP 1662158 discloses a ball joint having a seat with a housing housing the ball-shaped joint part and allowing its sliding movement. The holder of the housing is configured to inhibit mutual movement between the holder and the seat. The hinge comprises a frustoconical member in the holder and a congruent part of the cone in the seat. Further, the holder and the socket have grooved surfaces engaging each other for: securing the housing to the socket; preventing relative movement between the housing and the seat, and sealing the first peripheral contact surface between the housing and the seat.
PL 241 393 B1PL 241 393 B1
Istnieją również w stanie techniki rozwiązania przedstawiające sprężynę pneumatyczną z przegubem kulowym według patentu nr EP 1797346. Rozwiązanie to zawiera przegub kulowy, który ma sferoidalny element łożyskujący w panewce łożyska. Panewka łożyska jest nastawialna na sferoidalnym elemencie łożyskującym za pomocą elementu zaciskowego.There are also prior art solutions showing a pneumatic spring with a ball joint according to EP 1797346. This solution comprises a ball joint which has a spheroidal bearing element in the bearing shell. The bearing shell is adjustable on the spheroidal bearing element by means of a clamping element.
Stan techniki ujawnia również przegub kulowy opisany w zgłoszeniu patentowym nr P.419462. Przegub ten składa się z panewki z tworzywa sztucznego i metalowego sworznia kulowego, osadzonych w gnieździe przegubu metalowego korpusu. Do dna panewki poprzez metalową podkładkę przylega sprężysty pierścień dociskowy, ściśnięty poprzez zamykającą gniazdo przegubu zaślepkę, który w wyniku wewnętrznych naprężeni dociskowych układu, cały czas napiera na panewkę, eliminując luzy przegubu.The prior art also discloses a ball joint described in Patent Application No. P.419462. This joint consists of a plastic shell and a metal ball pin, seated in the joint seat of the metal body. A resilient pressure ring adheres to the bottom of the bushing through a metal washer, compressed by a plug closing the joint seat, which, due to internal pressure stresses of the system, constantly presses against the bushing, eliminating play in the joint.
Znany ze stanu techniki przegub kulowy opisany w patencie nr EP 0075414A1, w którym główka sworznia kulowego jest zamontowana w pierścieniu łożyska w gnieździe. Tuleja łożyska jest otoczona ściśniętą elastomerową tuleją, która otacza pierścień łożyska w obszarze równikowym główki, aby dociskać pierścień do główki, w celu wywierania obciążenia momentem obrotowym. Obciążenie momentem obrotowym można zmienić przez zmianę twardości materiału elastomerowego, z którego wykonana jest tuleja.The known art ball joint described in patent no. EP 0075414A1, in which the head of the ball pin is mounted in a bearing ring in a seat. The bearing sleeve is surrounded by a compressed elastomeric sleeve that surrounds the bearing ring at the equatorial region of the head to press the ring against the head to apply a torque load. The torque load can be changed by changing the hardness of the elastomeric material of the sleeve.
Innym znanym rozwiązaniem jest przegub kulowy według patentu nr US 3951557, w którym dzielone łożysko z tworzywa sztucznego jest doprowadzane do zetknięcia z kulą przez działanie sprężyny, która jest utrzymywana w otworze przez płytę pokrywy.Another known solution is a ball joint according to US Patent No. 3,951,557, in which a split plastic bearing is brought into contact with the ball by the action of a spring which is held in the bore by the cover plate.
Kolejnym znanym rozwiązaniem jest przegub kulowy ujawniony w patencie nr US 6010271, mający tylko jeden otwór, przez który wszystkie elementy są instalowane podczas montażu i przez który wystaje trzpień. Komponenty te obejmują sprężynę dociskową, polimerowe łożysko dolne, trzpień i górne łożysko metalowe. Obwodowe krawędzie otworu są obracane lub walcowane, aby utrzymać elementy na miejscu i ściskać sprężynę dociskową.Another known solution is a ball joint disclosed in US Patent No. 6,010,271 having only one hole through which all items are installed during assembly and through which the pin protrudes. These components include a compression spring, a polymer lower bearing, a spindle, and a metal upper bearing. The circumferential edges of the hole are rotated or rolled to hold components in place and compress the compression spring.
Znany jest również w stanie techniki przegub kulowy ze ściskaniem według patentu nr EP 1866552, wykorzystujący dzielone górne łożysko ukształtowane tak, aby zapewnić powierzchnię nośną dla górnej i bocznej części sworznia kulowego, oraz aby umożliwić pełne sprzężenie jednocześnie z obudową i sworzniem kulowym.Also known in the art is a compression ball joint according to Patent No. EP 1866552 using a split top bearing shaped to provide a bearing surface for the top and side of the ball pin and to allow full engagement with the housing and the ball pin simultaneously.
W świetle znanego stanu techniki wynalazek, którym jest adaptacyjny przegub kulowy, rozwiązuje problem budowy przegubów do wielonożnych robotów kroczących oraz budowy węzłów kinematycznych współpracujących z elementami egzoszkieletów. Bardziej szczegółowo, wynalazek rozwiązuje problem budowy i eksploatacji adaptacyjnych przegubów kulowych do zastosowania w mikromechanizmach. Obecnie w stanie techniki nie są znane rozwiązania, które pozwoliłby na regulację oporów ruchu oraz luzu w połączeniu kulistym. Ponadto, w rozwiązaniach tych nie ma możliwości uzyskania równomiernego docisku pomiędzy współpracującymi powierzchni przegubu tak, aby była zapewniona odpowiednia stabilność pracy. Przy tym w znanych ze stanu techniki rozwiązaniach występuje brak możliwości samoczynnego powrotu roboczych elementów przegubu do położenia początkowego po ustaniu jego obciążenia.In the light of the known art, the invention, which is an adaptive ball joint, solves the problem of building joints for multi-legged walking robots and building kinematic nodes cooperating with exoskeleton elements. More specifically, the invention solves the problem of constructing and operating adaptive ball joints for use in micromechanisms. Currently, there are no known solutions in the state of the art that would allow to adjust the resistance to movement and the play in a spherical joint. Moreover, in these solutions it is not possible to obtain a uniform pressure between the mating surfaces of the joint so as to ensure adequate stability of operation. In the solutions known from the state of the art, it is impossible to automatically return the working elements of the joint to the initial position after the load has ceased.
W związku z powyższym, Zgłaszający opracował rozwiązanie eliminujące braki i niedoskonałości rozwiązań znanych ze stanu techniki.Accordingly, the Applicant has developed a solution that overcomes the shortcomings and imperfections of the prior art solutions.
Istotę wynalazku stanowi adaptacyjny przegub kulowy posiadający górny zespół, zawierający kulowy sworzeń zakończony kulą mającą kulistą powierzchnią, który osadzony jest z możliwością ruchu w dolnym zespole, zawierającym trzpień. Adaptacyjny przegub według wynalazku charakteryzuje się tym, że kula kulowego sworznia, od strony trzpienia ma prostopadłą do osi kulowego sworznia, płaską powierzchnię. Przy czym kula ta, od strony płaskiej powierzchni posiada umieszczony w osi kulowego sworznia otwór, w którym osadzony jest sprężysty sworzeń zakończony kulistym elementem. Dolny zespół posiada cylindryczną obudowę, mającą boczne otwory, która od strony przeciwległej do kulowego sworznia posiada cylindryczne zwężenie do którego, od wewnątrz, przyłączony jest połączeniem gwintowym trzpień. Trzpień od strony kulowego sworznia posiada stożkowy otwór, w którym umieszczony jest kulisty element, a w bocznych otworach osadzone są suwliwie pierścienie ślizgowe. Pierścienie ślizgowe, poprzez sprężynę dociskową i dociskowe wkrętki, połączone są ślizgowo z kulistą powierzchnią kuli.The essence of the invention is an adaptive ball joint having an upper assembly including a ball pin terminated in a ball having a spherical surface which is movably mounted in a lower assembly containing the pin. The adaptive joint according to the invention is characterized in that the ball of the ball pin has a flat surface perpendicular to the axis of the ball pin on the pin side. The ball has a hole in the axis of the ball pin on the side of the flat surface, in which a spring pin ending with a spherical element is mounted. The lower unit has a cylindrical housing having side openings which on the side opposite to the ball pin has a cylindrical taper to which, on the inside, the pin is threadedly connected. The pin on the side of the ball pin has a conical hole in which a spherical element is placed, and sliding rings are slidably mounted in the side holes. The slip rings are slidingly connected to the spherical surface of the ball by means of a pressure spring and pressure screws.
Korzystnie jest gdy pierścień ślizgowy, posiada wkładkę, przy czym wkładka ma wklęsłą powierzchnię.Preferably, the slip ring has an insert, the insert having a concave surface.
Zwłaszcza korzystnie jest gdy wklęsła powierzchnia wkładki ma promień odpowiadający promieniowi R kuli.It is particularly advantageous if the concave surface of the insert has a radius corresponding to the radius R of the sphere.
PL 241 393 B1PL 241 393 B1
Korzystnie jest gdy sprężysty sworzeń, osadzony w otworze, połączony jest gwintowo z kulą kulowego sworznia.Preferably, a resilient pin, seated in the bore, is threadedly engaged with the ball of the ball pin.
Korzystnie jest gdy boczne otwory rozmieszczone są w jednakowych odstępach kątowych względem osi cylindrycznej obudowy.Preferably, the side openings are at equal angular distances from the axis of the cylindrical housing.
Korzystnie jest gdy są co najmniej trzy boczne otwory.Preferably there are at least three side openings.
Korzystnie osie bocznych otworów przecinają się w środku S obrotu przegubu.Preferably, the axes of the side openings intersect at the center S of the joint rotation.
Zwłaszcza korzystnie jest gdy osie bocznych otworów leżą na jednej prostej płaszczyźnie π albo leżą na jednej stożkowej płaszczyźnie.It is particularly advantageous if the axes of the side openings lie on a single straight plane π or lie on a single conical plane.
Opcjonalnie w bocznych otworach umieszczone są pierścienie toczne posiadające obwodowy rowek w którym umieszczone są kulki.Optionally, in the side holes, there are rolling rings with a circumferential groove in which the balls are placed.
Zwłaszcza korzystnie jest gdy kulki osadzone są w koszyku.It is especially advantageous if the balls are embedded in the basket.
Korzystnie w otworze osadzony jest niesprężysty sworzeń, na którym osadzona jest spiralna sprężyna zakończona kulistym elementem.Preferably, a non-elastic pin is mounted in the bore, on which a spiral spring ending with a spherical element is mounted.
Konstrukcja adaptacyjnego przegubu kulowego zapewnia to, że możliwy jest jego obrót w dowolnym kierunku. Przegub według wynalazku, w niektórych rozwiązaniach, posiada elementy sprężyste, które umożliwiają zwiększenie kąta wychylenia całego przegubu. Dzięki elementom sprężystym, po ustaniu działania obciążenia, możliwe jest samoczynne ustawienie się przegubu do położenia początkowego.The design of the adaptive ball joint ensures that it can be turned in any direction. The joint according to the invention, in some solutions, has elastic elements which allow increasing the angle of deflection of the whole joint. Thanks to the elastic elements, after the load has ceased to act, it is possible for the joint to set itself back to its initial position.
Zgodnie z wynalazkiem adaptacyjny przegub kulowy zawiera dwa zespoły tj. zespół górny i zespół dolny. Zespół górny posiada kulowy sworzeń zakończony kulą, która w dolnej części jest ograniczona płaską powierzchnią. W gwintowany otwór kulowego sworznia jest wkręcony sprężysty sworzeń zakończony kulistym elementem. Zespół dolny zawiera cylindryczną obudowę, która w dolnej części połączona jest gwintowo z trzpieniem, który posiada wewnętrzny stożkowy otwór. W bocznych otworach obudowy, rozmieszczonych w jednakowych odstępach kątowych po obwodzie, osadzono suwliwie pierścienie ślizgowe, które wyposażone mogą być we wkładki. Wkładki mają wklęsłą powierzchnię o promieniu R i przylegają one ślizgowo do powierzchni kulistej sworznia kulowego. Przy tym pierścienie ślizgowe są dociskane sprężynami dociskowymi, których napięcie wstępne jest regulowane za pomocą dociskowych wkrętek. Osie pierścieni ślizgowych przecinają się w środku S obrotu przegubu i leżą w płaszczyźnie π lub leżą na powierzchni stożka, gdy nie są one poziome. Kulisty element sprężystego sworznia, wkręconego w gwintowany otwór kulowego sworznia, zaczyna się stykać z powierzchnią stożkowego otworu od pewnego kąta α wychylenia przegubu. Jest to uzależnione od położenia trzpienia z wewnętrznym otworem stożkowym względem elementu kulowego i definiowane jest jako wysokość h. W wyniku dalszego zwiększenia kąta wychylenia przegubu α, sprężysty sworzeń zaczyna się odkształcać w kierunku promieniowym. Jednakże po ustaniu sił wymuszających odkształcenie sprężystego sworznia możliwy jest powrót przegubu według wynalazku do położenia początkowego, to znaczy tego w którym nie występowały siły wymuszające odkształcenie. Ponadto dla wysokości h>=hmax kontakt kulistego elementu sprężystego trzpienia z wewnętrzną powierzchnią stożkowego otworu w trzpieniu następuje dla dowolnego kąta α wychylenia przegubu. Zasada działania adaptacyjnego przegubu kulowego według wynalazku opiera się również na tym, że przegub posiada możliwość wstępnej regulacji zmiany wartości luzu i oporu ruchu. Odbywa się to dzięki dociskowym wkrętkom oraz sprężynom dociskowym. W celu zmiany oporów ruchu możliwe jest również zastosowanie pierścieni tocznych zamiast pierścieni ślizgowych.According to the invention, the adaptive ball joint comprises two units, i.e., an upper unit and a lower unit. The top unit has a ball pin at the end of a ball that is limited in its lower part by a flat surface. An elastic pin ending with a spherical element is screwed into the threaded hole of the ball pin. The lower unit comprises a cylindrical housing which is threadedly engaged in the lower part with a mandrel having an internal conical bore. Slip rings, which can be equipped with inserts, are slidably mounted in the side openings of the housing, spaced at equal angular intervals along the circumference. The inserts have a concave surface with a radius R and they slide in contact with the spherical surface of the ball pin. In this case, the slip rings are pressed against the pressure springs, the pretension of which is regulated by pressure screws. The axes of the slip rings intersect at the center S of the joint rotation and lie in the π plane or lie on the cone surface when they are not horizontal. The spherical element of the elastic pin, threaded into the threaded hole of the ball pin, starts to contact the surface of the conical hole from a certain angle α of the joint deflection. This depends on the position of the pin with an internal conical bore in relation to the ball element and is defined as the height h. As a result of a further increase in the articulation angle α, the elastic pin begins to deform in the radial direction. However, after the forces driving the deformation of the elastic pin have ceased, it is possible to return the joint according to the invention to its initial position, i.e. that in which no deformation forces occurred. Moreover, for the height h> = hmax, the contact of the spherical spring element of the pin with the inner surface of the conical hole in the pin occurs for any angle α of the joint deflection. The operating principle of the adaptive ball joint according to the invention is also based on the fact that the joint has the possibility of presetting the change in the value of the play and the resistance to movement. This is done thanks to pressure screws and pressure springs. In order to change the resistance to movement, it is also possible to use rolling rings instead of slip rings.
Zaletą przegubu kulowego według wynalazku jest jego adaptacyjność do zmieniających się warunków pracy. Adaptacyjny przegub kulowy posiada możliwość regulacji luzu oraz oporu ruchu w połączeniu pierścieni ślizgowych lub pierścieni tocznych z kulistą powierzchnią kulowego sworznia zapewniającym przy tym obrót adaptacyjnego przegubu kulowego w dowolnym kierunku. Ponadto, zaletą wynalazku jest bezobsługowa eksploatacja przegubu dla par ślizgowych typu stal (kulowy sworzeń) - PTFE FRP (ślizgowy pierścień wzmocniony wkładką z włókna szklanego polimerowego zawierającego politetrafluoroetylen) lub tarciem tocznym pomiędzy kulistą powierzchnią adaptacyjnego sworznia kulowego a elementami tocznymi pierścienia tocznego.The advantage of the inventive ball joint is its adaptability to changing operating conditions. The adaptive ball joint has the ability to adjust the play and resistance to movement in the connection of slip rings or rolling rings with the spherical surface of the ball pin, ensuring the rotation of the adaptive ball joint in any direction. Moreover, the advantage of the invention is the maintenance-free operation of the joint for sliding pairs of steel type (ball pin) - PTFE FRP (slip ring reinforced with a polymer glass fiber insert containing polytetrafluoroethylene) or rolling friction between the spherical surface of the adaptive ball pin and the rolling elements of the roller ring.
Zgodnie z powyższym, problemy techniczne wynikające z rozwiązań ujawnionych w stanie techniki zostały rozwiązane dzięki przegubowi według wynalazku.Accordingly, the technical problems resulting from the solutions disclosed in the prior art have been solved by the joint according to the invention.
Przegub obrotowo-wahliwy został przedstawiony w przykładach wykonania i na rysunku na którym:The swivel and oscillating joint is shown in the examples and in the drawing where:
Fig. 1 przedstawia adaptacyjny przegub kulowy w widoku z przodu według pierwszego przykładu wykonania;Fig. 1 is a front view of the adaptive ball and socket joint according to a first embodiment;
PL 241 393 B1PL 241 393 B1
Fig. 2 przedstawia przekrój osiowy adaptacyjnego przegubu kulowego z Fig. 1 wzdłuż linii A-A;Fig. 2 shows an axial section of the adaptive ball joint of Fig. 1 along the line A-A;
Fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny adaptacyjnego przegubu kulowego z Fig. 1 wzdłuż liniiFig. 3 shows a cross-sectional view of the adaptive ball-joint of Fig. 1 along a line
B-B;B-B;
Fig. 4 przedstawia adaptacyjny przegub kulowy z pierścieniami ślizgowymi w widoku izometrycznym z wycięciem ćwiartkowym;Fig. 4 is an isometric view of the adaptive slip ring ball joint with a quarter cutout;
Fig. 5 przedstawia widok przestrzenny obudowy adaptacyjnego przegubu kulowego z wycięciem ćwiartkowym;Fig. 5 is a spatial view of the adaptive ball / socket joint housing with a quarter cutout;
Fig. 6 przedstawia widok z przodu sprężystego sworznia;Fig. 6 is a front view of the resilient pin;
Fig. 7 przedstawia widok adaptacyjnego przegubu kulowego w pozycji wychylonego zespołu górnego;Fig. 7 is a view of the adaptive ball-and-socket joint in a tilted position of the upper assembly;
Fig. 8 przedstawia widok adaptacyjnego przegubu kulowego z odkształconym sprężyście sworzniem sprężystym w pozycji wychylonego zespołu górnego;Fig. 8 is a view of an adaptive ball joint with an elastically deformed spring pin in a tilted position of the upper assembly;
Fig. 9 przedstawia adaptacyjny przegub kulowy w widoku z przodu według drugiego przykładu wykonania;Fig. 9 is a front view of the adaptive ball and socket joint according to a second embodiment;
Fig. 10 przedstawia przekrój osiowy adaptacyjnego przegubu kulowego z Fig. 9 wzdłuż linii C-C;Fig. 10 shows an axial section of the adaptive ball / socket joint of Fig. 9 along the line C-C;
Fig. 11 przedstawia przekrój poprzeczny adaptacyjnego przegubu kulowego z Fig. 9 wzdłuż linii D-D;Fig. 11 is a cross-sectional view of the adaptive ball and socket joint of Fig. 9 along the line D-D;
Fig. 12 przedstawia pierścień toczny w półwidoku i w półprzekroju;Fig. 12 is a half view and half sectional view of the roller ring;
Fig. 13 przedstawia widok przestrzenny pierścienia tocznego;Fig. 13 shows a spatial view of a rolling ring;
Fig. 14 przedstawia adaptacyjny przegub kulowy w widoku z przodu według trzeciego przykładu wykonania;Fig. 14 is a front view of the adaptive ball and socket joint according to a third embodiment;
Fig. 15 przedstawia przekrój osiowy adaptacyjnego przegubu kulowego z Fig. 14 wzdłuż linii E-E;Fig. 15 shows an axial section of the adaptive ball / socket joint of Fig. 14 along the line E-E;
Fig. 16 przedstawia przekrój adaptacyjnego przegubu kulowego według trzeciego przykładu wykonania w pozycji wychylonego zespołu górnego;Fig. 16 is a sectional view of the adaptive ball-joint according to the third embodiment in a tilted position of the top;
Fig. 17 przedstawia widok przestrzenny wkładki w przekroju cząstkowym;Fig. 17 shows a spatial view of the insert in a partial section;
Fig. 18 przedstawia widok przestrzenny wkładki w rzucie 3D.Fig. 18 shows a 3D view of the insert in a 3D view.
P r z y k ł a d wykonania 1Exemplary performance 1
W pierwszym przykładzie wykonania przedstawiony jest adaptacyjny przegub kulowy (fig. 1, 2, 3 i 4), który posiada górny zespół i dolny zespół. Górny zespół obejmuje kulowy sworzeń 1 zakończony kulą 2, która ma kulistą powierzchnią 3. Kulowy sworzeń 1 osadzony jest w dolnym zespole, przy czym kulowy sworzeń 1 ma możliwości ruchu w dolnym zespole. Kula 2 kulowego sworznia 1 ma prostopadłą do osi kulowego sworznia 1, płaską powierzchnię 5. Kula 2, od strony płaskiej powierzchni 5 posiada, umieszczony w osi kulowego sworznia 1, otwór 6. W otworze 6 osadzony za pomocą połączenia gwintowanego sprężysty sworzeń 7, który zakończony jest kulistym elementem 8. Sprężysty sworzeń 7 (fig. 6) wykonany jest ze stopu tytanu Ti6 14U-PE-UHMW. Dolny zespół obejmuje trzpień 4, który wkręcony jest za pomocą połączenia gwintowanego w cylindryczną obudową 9 (fig. 5). Obudowa 9 na fragmencie na którym łączy się z trzpieniem 4 posiada cylindryczne zwężenie 11. Obudowa 9 powyżej cylindrycznego zwężenia 11 jest szersza i ma trzy boczne otwory 10 o średnicy 62 mm. Osie bocznych otworów 10 przecinają się w środku S obrotu przegubu i leżą przy tym na jednej prostej płaszczyźnie π. Otwory 10 rozmieszczone są w jednakowych odstępach kątowych względem osi wzdłużnej cylindrycznej obudowy 9. W każdym otworze 10 osadzone jest suwliwie jeden pierścień ślizgowy 13, który poprzez sprężynę dociskową 14 i dociskową wkrętkę 15, połączony jest ślizgowo z kulistą powierzchnią 3 kuli 2. Każdy z trzech pierścieni ślizgowych 13, od strony kuli 2, posiada wkładkę 17, która ma wklęsłą powierzchnię 16 (fig. 17), przy czym promień R wklęsłej powierzchni 16 wkładki 17 odpowiada promieniowi kuli 2. Promień R wynosi 57 mm. Wkładki 17 wykonane są z włókna szklanego zawierającego politetrafluoroetylen. Wkładki 17, pierścienie ślizgowe 13, sprężyna dociskowa 14 i dociskowe wkrętki 15, zapewniają regulację luzu i oporów ruchu kuli 2 kulowego sworznia 1. Trzpień 4 od strony kulowego sworznia 1 posiada stożkowy otwór 12, którego głębokość wynosi 52 mm. W tym przykładzie wykonania, kulisty element 8, którym zakończony jest sprężysty sworzeń 7, znajduje się w połowie głębokości stożkowego otworu 12. Adaptacyjny przegub kulowy w pierwszym przykładzie wykonania, za wyjątkiem wkładki 17, wykonany jest ze stali.In a first embodiment, an adaptive ball joint (Figures 1, 2, 3 and 4) is shown which has an upper assembly and a lower assembly. The upper unit comprises a ball pin 1 terminating in a ball 2 which has a spherical surface 3. The ball pin 1 is seated in the lower unit, the ball pin 1 being movable in the lower unit. The ball 2 of the ball pin 1 has a flat surface perpendicular to the axis of the ball pin 1. On the side of the flat surface 5, the ball 2 has a hole 6 located in the axis of the ball pin 1. it ends with a spherical element 8. The spring pin 7 (Fig. 6) is made of the Ti6 14U-PE-UHMW titanium alloy. The lower unit comprises a pin 4 which is threaded into the cylindrical housing 9 (Fig. 5). The housing 9 on the portion where it joins the pin 4 has a cylindrical taper 11. The housing 9 above the cylindrical taper 11 is wider and has three side openings 10 62 mm in diameter. The axes of the side openings 10 intersect in the center S of the joint rotation and lie in one straight plane π. The holes 10 are spaced at equal angular distances in relation to the longitudinal axis of the cylindrical housing 9. Each hole 10 has a sliding ring 13 slideably mounted, which, through a compression spring 14 and a pressure screw 15, is slidingly connected to the spherical surface 3 of the ball 2. Each of the three of the slip rings 13, on the side of the ball 2, has an insert 17 which has a concave surface 16 (FIG. 17), the radius R of the concave surface 16 of the insert 17 corresponding to the radius of the sphere 2. The radius R is 57 mm. The inserts 17 are made of glass fiber containing polytetrafluoroethylene. The inserts 17, slip rings 13, compression spring 14 and pressure screws 15 provide adjustment of play and resistance to movement of the ball 2 of the ball pin 1. The pin 4 on the side of the ball pin 1 has a conical hole 12, the depth of which is 52 mm. In this embodiment, the spherical element 8, which ends with the spring pin 7, is halfway down the conical opening 12. The adaptive ball joint in the first embodiment, except for the insert 17, is made of steel.
W tym przykładzie wykonania, przy przyłożeniu siły, kąt wychylenia α kulowego sworznia, względem wzdłużnej osi adaptacyjnego przegubu kulowego w momencie, gdy kulisty element 8 zacznie dotykać wewnętrznej powierzchni stożkowego otworu 12, wynosi ±10° (fig. 7). Dalsze przykładanie siłyIn this embodiment, when a force is applied, the tilt angle α of the ball pin with respect to the longitudinal axis of the adaptive ball joint when the ball element 8 begins to touch the inner surface of the tapered opening 12 is ± 10 ° (Fig. 7). Keep applying strength
PL 241 393 B1 powoduje sprężyste odkształcenie sprężystego sworznia 7, tak że kąt wychylenia α kulowego sworznia 1 osiąga wartość ±18° (fig. 8).The PL 241 393 B1 causes an elastic deformation of the elastic pin 7, so that the deflection angle α of the ball pin 1 becomes ± 18 ° (Fig. 8).
Sprawdzono, że po ustaniu działania siły nastąpił samoczynny powrót zespołu górnego i dolnego do położenia do stanu gdy nastąpiło pierwsze zetknięcie się kulistego elementu 8 z wewnętrzną powierzchnią stożkowego otworu 12.It was verified that after the force had ceased, the upper and lower units automatically returned to their position when the ball element 8 first contacted the inner surface of the conical opening 12.
P r z y k ł a d wykonania 2P roduction example 2
W drugim przykładzie wykonania, pokazanym na fig. 14, 15 i 16, przedstawiony jest adaptacyjny przegub kulowy, taki jak w pierwszym przykładzie wykonania, z tą jednak różnicą, że sprężysty sworzeń 7 zastąpiono niesprężystym sworzniem 22, który wykonany jest ze stopu tytanu Ti6 14U-PE-UHMW. Na niesprężystym sworzniu 22 osadzono sprężynę spiralną 23. Na drugim końcu spiralnej sprężyny 22 osadzono element kulowy 8 w postaci metalowego grzybka. W tym przykładzie wykonania element 8 znajduje się w najgłębszym położeniu w stożkowym otworze 12, które odpowiada hmax = 55 mm. Kąt wychylenia α kulowego sworznia 1 względem wzdłużnej osi adaptacyjnego przegubu kulowego wynosi w tym przykładzie wykonania ±17°.In the second embodiment, shown in Figs. 14, 15 and 16, an adaptive ball joint is shown as in the first embodiment, with the difference, however, that the spring pin 7 is replaced by a non-elastic pin 22 which is made of Ti6 14U titanium alloy. -PE-UHMW. A spiral spring 23 is mounted on the inelastic pin 22. A ball element 8 in the form of a metal mushroom is mounted on the other end of the spiral spring 22. In this embodiment, the element 8 is at its deepest point in the conical opening 12, which corresponds to hmax = 55 mm. The tilt angle α of the ball pin 1 relative to the longitudinal axis of the adaptive ball joint is in this embodiment ± 17 °.
P r z y k ł a d wykonania 3W eel example 3
W trzecim przykładzie wykonania, pokazanym na fig. 9, 10 i 11, przedstawiony jest adaptacyjny przegub kulowy, którego budowa jest podobna do przegubu z pierwszego przykładu wykonania, z tą jednak różnicą, że pierścienie ślizgowe 13 zostały zastąpione przez pierścienie toczne 18 (fig. 12 i 13). Pierścienie toczne posiadają rowek 19, w którym umieszczone kulki 20. Kulki 20 mają średnicę 5 mm. Kulki 20 w rowku 19 utrzymywane są od siebie w równym oddaleniu dzięki koszykowi 21.In a third embodiment, shown in Figs. 9, 10 and 11, an adaptive ball joint is shown, the structure of which is similar to that of the first embodiment, except that the slip rings 13 have been replaced by roller rings 18 (Fig. 12 and 13). The rolling rings have a groove 19 into which the balls 20 are placed. The balls 20 have a diameter of 5 mm. The balls 20 in the groove 19 are kept equidistant from each other by the cage 21.
P r z y k ł a d wykonania 4Execution example 4
W czwartym przykładzie wykonania przedstawiony jest adaptacyjny przegub kulowy, którego budowa jest podobna do przegubu z pierwszego przykładu wykonania, z tą jednak różnicą, że sprężysty sworzeń 7 zastąpiono niesprężystym sworzniem 22 (fig. 15 i 16) na którym osadzono sprężynę spiralną 23. Niesprężysty sworzeń 22 wykonany jest ze stali i zakończony jest kulistym elementem 8 w postaci stalowego grzybka. W tym przykładzie wykonania kulisty element 8 znajduje się na najpłytszym położeniu w stożkowym otworze 12, które odpowiada wysokości hmin = 2 mm (fig. 16). Kąta wychylenia α przegubu w położeniu w którym kulisty element 8 styka się z wewnętrzną powierzchnią stożkowego otworu 12, wynosi ±10°. W wyniku dalszego działania siły zachodzi odkształcenie sprężyste sprężyny spiralnej 23, w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej przegubu, co pozwala na uzyskanie większego kąta wychylenia α przegubu równego w tym przykładzie ±17°.In the fourth embodiment, an adaptive ball joint is shown, the structure of which is similar to that of the first embodiment, with the difference, however, that the spring pin 7 has been replaced by an inelastic pin 22 (Figures 15 and 16) on which a spiral spring 23 is seated. 22 is made of steel and ends with a spherical element 8 in the form of a steel mushroom. In this embodiment, the spherical element 8 is at its shallowest position in the conical opening 12, which corresponds to a height hmin = 2 mm (Fig. 16). The swivel angle α of the joint in the position where the spherical element 8 meets the internal surface of the conical opening 12 is ± 10 °. As a result of the further action of the force, an elastic deformation of the spiral spring 23 takes place in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the joint, which allows for a greater deflection angle α of the joint, equal in this example to ± 17 °.
P r z y k ł a d wykonania 5Performance example 5
W piątym przykładzie wykonania przedstawiony jest adaptacyjny przegub kulowy, którego budowa jest podobna do przegubu z pierwszego przykładu wykonania, z tą jednak różnicą, osie boczny otwory 10 leżą na jednej stożkowej płaszczyźnie.In a fifth embodiment, an adaptive ball joint is shown, the structure of which is similar to that of the first embodiment, but with the difference that the axes of the side holes 10 lie on a single conical plane.
Spis oznaczeń kulowy sworzeń kula kulista powierzchnia trzpień płaska powierzchnia otwór sprężysty sworzeń kulisty elementList of symbols ball pin ball spherical surface pin flat surface spring hole spherical pin element
ObudowaCase
Boczne otworySide openings
Cylindryczne zwężenieCylindrical taper
Stożkowy otwórConical hole
Pierścienie ślizgoweSlip rings
Sprężyna dociskowaCompression spring
Dociskowe wkrętkiPressure screws
Wklęsła powierzchniaConcave surface
WkładkiInserts
Pierścienie toczneRolling rings
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433922A PL241393B1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Adaptive ball-and-socket joint |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433922A PL241393B1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Adaptive ball-and-socket joint |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL433922A1 PL433922A1 (en) | 2021-11-15 |
| PL241393B1 true PL241393B1 (en) | 2022-09-19 |
Family
ID=78595478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL433922A PL241393B1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Adaptive ball-and-socket joint |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL241393B1 (en) |
-
2020
- 2020-05-12 PL PL433922A patent/PL241393B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL433922A1 (en) | 2021-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3699444A1 (en) | Universal joint, expandable link, and suspension | |
| US5167583A (en) | Tripod joint having an inner part with spherical journals provided with roller members guided in an outer part | |
| EP2108488B1 (en) | Parallel mechanism with improved ball and socket joints | |
| US9296271B2 (en) | Ball joint for automotive suspension | |
| CZ284968B6 (en) | Ball-and-socket joint for motor vehicles | |
| EP3698997A1 (en) | Extendible-contractible link and suspension | |
| US4154544A (en) | Pivot joint | |
| US7344311B2 (en) | Suspension joint bearing | |
| EP3722119A1 (en) | Extending and contracting link and suspension | |
| US20190118596A1 (en) | Axial Ball Joint And Length-Adjustable Two-Point Link With Such An Axial Ball Joint | |
| US5655848A (en) | Suspension ball joint | |
| US5580313A (en) | Fixed constant velocity joint having a partial spherical guiding element | |
| JP2012518139A (en) | Pivot socket having cartridge bearing and vehicle steering link mechanism having the same | |
| US3260543A (en) | Ball-and-socket joint | |
| PL241393B1 (en) | Adaptive ball-and-socket joint | |
| PL241400B1 (en) | Double ball-and-socket joint | |
| US2544584A (en) | Ball joint | |
| PL241399B1 (en) | Ball-and-socket joint | |
| US11745795B2 (en) | Joint assembly | |
| PL243135B1 (en) | Spherical joint | |
| PL241390B1 (en) | Elastic adaplive ball and socket joint | |
| PL241395B1 (en) | Elastic adaptive joint | |
| CN113530963A (en) | Inlaid ball joint | |
| PL241392B1 (en) | Ball-and-socket joint | |
| PL241394B1 (en) | Rotary and self-aligning joint |