PL241396B1 - Adjustable ball and socket joint - Google Patents

Adjustable ball and socket joint Download PDF

Info

Publication number
PL241396B1
PL241396B1 PL433926A PL43392620A PL241396B1 PL 241396 B1 PL241396 B1 PL 241396B1 PL 433926 A PL433926 A PL 433926A PL 43392620 A PL43392620 A PL 43392620A PL 241396 B1 PL241396 B1 PL 241396B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
ball
pin
spherical
joint
adjustable
Prior art date
Application number
PL433926A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL433926A1 (en
Inventor
Wojciech Kacalak
Zbigniew Budniak
Maciej Majewski
Original Assignee
Politechnika Koszalinska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Koszalinska filed Critical Politechnika Koszalinska
Priority to PL433926A priority Critical patent/PL241396B1/en
Publication of PL433926A1 publication Critical patent/PL433926A1/en
Publication of PL241396B1 publication Critical patent/PL241396B1/en

Links

Landscapes

  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest regulowany przegub kulowy, obejmujący co najmniej dwa zespoły przegubu - pierwszy zespół przegubu zawierający sworzeń (1) zakończony czaszą kulistą (10) posiadającą dwa wycięcia boczne dzielące ją na dwie części tworzące sprężyste widełki oraz drugi zespół przegubu zawierający trzpień kulowy (2) posiadający przecięcie tworzące dwie części półkuliste (3), połączone ze sobą przez dolną część trzpienia kulowego (2). Istotą wynalazku jest zastosowanie w regulowanym przegubie kulowym sprężystej czaszy kulistej (10) z regulowanym dociskiem, co umożliwia regulację jego ruchliwości, oporów ruchu oraz luzu w połączeniu powierzchni kulistych zapewniając obrót przegubu w dowolnym kierunku. Sprężysta czasza kulista (10) umożliwia również samoczynną regulację oporów ruchu w zależności od siły obciążenia regulowanego przegubu kulowego. Ponadto zaproponowany przegub kulowy może być łączony i rozłączany bez demontażu i ponownego montażu.The subject of the invention is an adjustable ball joint, including at least two joint units - a first joint unit including a pin (1) terminating in a spherical cup (10) having two side cuts dividing it into two parts forming an elastic fork and a second joint unit including a ball pin (2) having an intersection forming two hemispherical parts (3) connected to each other by the lower part of a ball pin (2). The essence of the invention is the use in the adjustable ball joint of a flexible spherical cap (10) with an adjustable pressure, which allows you to adjust its mobility, resistance to movement and play in the connection of spherical surfaces, ensuring the joint rotation in any direction. The resilient spherical ball (10) also enables automatic adjustment of the resistance to motion depending on the load force of the adjustable ball joint. Moreover, the proposed ball joint can be connected and disassembled without disassembly and reassembly.

Description

Przedmiotem wynalazku jest regulowany przegub kulowy do zastosowania w układach technicznych, w których wymagana jest duża stabilność ruchu i pozycji oraz małe opory ruchu np. w węzłach kinematycznych robotów, zwłaszcza wielonożnych robotów kroczących, egzoszkieletów i robotów humanoidalnych. Może być on również stosowany w manipulatorach, robotach przemysłowych, urządzeniach pomiarowych oraz mikromechanizmach.The subject of the invention is an adjustable ball joint for use in technical systems where high stability of movement and position as well as low resistance to movement are required, e.g. in kinematic nodes of robots, especially multi-legged walking robots, exoskeletons and humanoid robots. It can also be used in manipulators, industrial robots, measuring devices and micromechanisms.

W stanie techniki, na przykład z opisu patentowego PL 211105, znany jest przegub kulowy, 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.In the prior art, for example from the patent specification PL 211105, a ball joint is known which has a spherical part, a fixed part and a protective-sealing unit, which is a cap-shaped cover with a two-stage seat, with embedded sealing elements adjacent to the surface of the spherical part of the joint.

W dokumencie EP 0481212 przedstawiono przegub kulowy posiadający kulisty łeb, sworzeń przegubu i kulowy sworzeń łączący umieszczony w obsadzie złącznej o wnętrzu w kształcie naczynia, w którym może być on poruszany wychylnie. Przegub kulowy jest ślizgowo zmontowany w łożysku połączonym z obsadą złączną.Document 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 slideably mounted in a bearing connected to the coupling housing.

Kolejny przegub kulowy ujawniony w dokumencie PL 198014 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 jest mniejsza od średnicy kuli. Ponadto kula z odchodzącą szyjką jest wykonana z jednego materiału.Another ball joint disclosed in PL 198014 consists of two parts, the second part of which has a spherical bore snap-fitted to a first spherical-shaped part with a protruding neck having a hemispherical skirt sliding on the outer surface of the spherical opening, the diameter of the spherical opening being smaller. from the diameter of the sphere. In addition, the ball with the outgoing neck is made of a single material.

Przegub opisany w dokumencie US 8714882 posiada sprężynę dyskową w pierścieniowym wgłębieniu, w obciążonym osiowo ślizgowym dolnym łożysku. Sprężyna dyskowa służy do wstępnego obciążenia i ściskania górnego łożyska 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.The joint described in US 8714882 has a disc spring in an annular recess in an axially loaded lower plain bearing. The disc spring is used to preload and compress the upper bearing down towards the spherical end of the head. Preloading prevents the ball pin from rotating - axially or rotating - until a minimum load is applied to exceed the preload and cause movement.

W dokumencie US 9291195 przedstawiono zespół przegubu kulowego, w którym część kulowa sworznia jest umieszczona wewnątrz tulei łożyskowej w kształcie miski, 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 utrzymującej dolne łożysko w ustalonym położeniu wewnątrz tulei łożyskowej.US 9291195 shows 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 to engage with another component. The lower bearing is housed within the bearing bushing and includes an extension that extends into the bore of the bearing bushing holding the lower bearing in a predetermined position within the bearing bush.

Uniwersalny przegub kulowy ujawniony w publikacji US 8353776 zawiera pierwszy korpus obrotowy i drugi korpus obrotowy, które połączone są ze sobą obrotowo. Pierwszy korpus obrotowy posiada eliptyczny łeb i część łączącą. Łeb ma oś główną oraz oś mniejszą prostopadłą do osi głównej. 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 disclosed in US publication 8353776 comprises a first rotary body and a second rotary body that are pivotally connected to each other. The first rotary body has 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.

Przegub kulowy według opisu patentowego US 6533491 cechuje się tym, że dolne łożysko wyznacza dolną powierzchnię nośną otaczającą kulisty łeb po stronie otworu obudowy, a przeciwległe, ruchome łożysko górne wyznacza górną powierzchnię nośną, przy czym łożysko górne jest naciskane przez sprężynę przy kulistym łbie, tak aby umożliwić ruch w kierunku dolnego łożyska w przypadku, gdy kulisty łeb lub dolne łożysko ulegają zużyciu.A ball joint according to U.S. Patent 6,533,491 is characterized in that the lower bearing defines a lower bearing surface surrounding the spherical head on the side of the housing bore, and an opposite, movable upper bearing defines the upper bearing surface, the upper bearing being pressed against the spherical head by a spring, so to allow movement towards the lower bearing in the event that the spherical head or lower bearing is wearing out.

W dokumencie US 7083356 ujawniono przegub kulowy z układem ograniczania ruchu kątowego, który umożliwia swobodny ruch obrotowy sworznia kulistego i jednocześnie ogranicza jego ruch kątowy w pewnym z góry określonym kierunku. Układ ograniczania ruchu, według korzystnego przykładu wykonania, jest stosowany w drążkach kierowniczych lub łączących, gdzie ruch obrotowy wokół jego osi wzdłużnej jest niepożądany.US 7083356 discloses a ball joint with an angular restraint system which allows free rotation of the ball pin and at the same time restricts its angular movement in a predetermined direction. A motion restraint system according to a preferred embodiment is used in steering or linkage rods where rotational movement about its longitudinal axis is undesirable.

W publikacji EP 1662158 przedstawiono inny przegub kulowy posiadający gniazdo z obudową mieszczącą kulowo ukształtowaną część przegubu i umożliwiającą jej ruch ślizgowy. Obsada obudowy jest ukształtowana tak, aby zapobiec wzajemnemu ruchowi obsady i gniazda. Przegub zawiera element w kształcie ściętego stożka w obsadzie i przystająca 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.Publication EP 1662158 shows another ball joint having a seat with a housing housing the ball-shaped joint portion and allowing it to slide. The holder of the housing is shaped to prevent the holder and the seat from moving towards one another. 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.

Istnieje również w stanie techniki rozwiązanie przedstawiające sprężynę pneumatyczną z przegubem kulowym ujawnione w dokumencie EP 1797346. Rozwiązanie to zawiera przegub kulowy, który ma sferoidalny element łożyskujący w panewce łożyska. Istnieje możliwość ustawiania panewki łożyska na sferoidalnym elemencie łożyskującym za pomocą elementu zaciskowego.There is also prior art an embodiment of a ball joint air spring disclosed in EP 1797346. This solution comprises a ball joint which has a spheroidal bearing element in the bearing shell. It is possible to position the bearing shell on the spheroidal bearing element by means of a clamping element.

PL 241 396 B1PL 241 396 B1

Kolejny przegub kulowy przedstawiony w opisie patentowym P.419462 cechuje się tym, że 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 zaślepkę zamykającą gniazdo przegubu, który w wyniku ściśnięcia, stale napiera na panewkę, eliminując luzy w przegubie.Another ball joint presented in the patent description P.419462 is characterized by the fact that it consists of a plastic bushing and a metal ball pin, mounted in the socket of the joint of the metal body. To the bottom of the bushing, through a metal washer, there is an elastic pressure ring, compressed by the plug closing the joint seat, which, as a result of compression, constantly presses against the bushing, eliminating play in the joint.

W dokumencie EP 0075414 A1 ujawniono przegub kulowy, w którym główka sworznia kulowego jest zamontowana w pierścieniu łożyska, w gnieździe. Tuleja łożyska jest otoczona ściśniętą elastomerową tuleją, która obejmuje pierścień łożyska w obszarze równikowym główki, aby dociskać pierścień do główki, w celu wywierania obciążenia momentem obrotowym. Obciążenie momentem obrotowym można zmieniać przez zmianę twardości materiału elastomerowego, z którego wykonana jest tuleja.EP 0075414 A1 discloses a ball joint 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 which encloses 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 varied by changing the hardness of the elastomeric material of the sleeve.

W przegubie kulowym, według opisu patentowego US 3951557, dzielone łożysko z tworzywa sztucznego jest doprowadzane do zetknięcia z kulą przez działanie sprężyny, która jest utrzymywana w otworze przez płytę pokrywy.In a ball joint according to US Patent No. 3,951,557, 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.

W opisie patentowym US 6010271 pokazano przegub kulowy posiadający tylko jeden otwór, przez który podczas montażu instalowane są wszystkie elementy oraz przez który wystaje trzpień. Elementy te obejmują: sprężynę dociskową, polimerowe łożysko dolne, trzpień i górne łożysko metalowe.US 6,010,271 shows a ball joint having only one hole through which all components are installed during assembly and through which the pin protrudes. These items include: compression spring, polymer bottom bearing, spindle, and metal top bearing.

W innym przegubie kulowym ujawnionym w publikacji EP 1866552 wykorzystano dzielone górne łożysko ukształtowane tak, aby zapewnić powierzchnię nośną dla górnej i bocznej części sworznia kulowego oraz w celu umożliwienia sprzężenia jednocześnie z obudową i sworzniem kulowym.Another ball joint disclosed in EP 1866552 uses a split upper bearing shaped to provide a bearing surface for the top and side of the ball pin and to engage the housing and ball pin simultaneously.

W rozwiązaniach istniejących w stanie techniki występuje problem regulacji ruchliwości, oporów ruchu oraz luzu w połączeniu powierzchni kulistych. Celem niniejszego wynalazku jest zaproponowanie regulowanego przegubu kulowego zapewniającego rozwiązanie tego problemu, umożliwiającego obrót w dowolnym kierunku oraz samoczynną regulację oporów ruchu w zależności od obciążenia przegubu. Innym celem wynalazku jest opracowanie przegubu kulowego, który może być łączony i rozłączany bez demontażu i ponownego montażu.In the solutions existing in the state of the art, there is a problem of regulating the mobility, resistance to movement and play in the connection of spherical surfaces. The object of the present invention is to propose an adjustable ball joint that provides a solution to this problem, allowing rotation in any direction and self-regulation of the resistance to motion depending on the load on the joint. Another object of the invention is to provide a ball joint that can be connected and disassembled without disassembly and reassembly.

Regulowany przegub kulowy według wynalazku składa się z dwóch zespołów. Pierwszy zespół przegubu zawiera sworzeń zakończony czaszą, z kulistą powierzchnią wewnętrzną, która posiada dwa wycięcia boczne dzielące ją na dwie części tworzące sprężyste widełki. Na zewnętrznej powierzchni sworznia wykonany jest gwint, na którym osadzona jest nakrętka dociskowa, która swą stożkową powierzchnią wewnętrzną wywiera nacisk na zewnętrzną powierzchnię stożkową czaszy kulistej. W wyniku takiego rozwiązania ruchy obrotowe nakrętki są zamieniane na wychylenia kątowe sprężystych widełek zakończonych półkulami. Drugi zespół przegubu posiada trzpień kulowy z nieprzelotowym otworem zakończonym stożkową powierzchnią wewnętrzną. Trzpień ten posiada przecięcie tworzące dwie półkule połączone ze sobą poprzez dolną część trzpienia. Ponadto trzpień posiada dwa wycięcia boczne tworzące otwory o kształcie zasadniczo prostokątnym. Wycięcia w trzpieniu są równoległe do jego przecięcia. Takie ukształtowanie górnej części trzpienia kulowego tworzy dwa sprężyste ramiona. Ponadto trzpień kulowy posiada w dolnej części gwint zewnętrzny, na którym osadzona jest tuleja z otworem nieprzelotowym, której położenie osiowe jest zablokowane przeciwnakrętką. Z kolei we współosiowych otworach trzpienia i tulei o jednakowej średnicy umieszczony jest przesuwnie popychacz zakończony stożkiem, dociskanym do stożkowej powierzchni wewnętrznej w górnej części przeciętego trzpienia kulowego przez tuleję dociskową z gwintem zewnętrznym, znajdującą się w otworze dolnej części tulei.The adjustable ball joint according to the invention consists of two units. The first pivot assembly includes a pin terminated in a dish with a spherical inner surface which has two side cutouts dividing it into two parts forming a resilient fork. A thread is made on the outer surface of the pin, on which a pressure nut is mounted, which with its conical inner surface exerts a pressure on the outer conical surface of the spherical ball. As a result of this solution, the rotational movements of the nut are converted into angular deflections of elastic forks ending with hemispheres. The second joint assembly has a ball pin with a blind hole terminating in a conical inner surface. The mandrel has an intersection forming two hemispheres connected to each other through the lower part of the mandrel. In addition, the spindle has two side cutouts that define openings of a substantially rectangular shape. The notches in the spindle are parallel to its intersection. This configuration of the upper part of the ball pin forms two elastic arms. Moreover, the ball pin has an external thread in its lower part, on which a bush with a blind hole is mounted, the axial position of which is locked with a locknut. In turn, in the coaxial holes of the mandrel and the sleeve of the same diameter, there is a sliding pusher ending with a cone, pressed against the conical inner surface in the upper part of the cut ball pin by a pressure sleeve with external thread, located in the hole in the lower part of the sleeve.

Siła docisku współpracujących powierzchni przegubu jest wstępnie regulowana poprzez wkręcanie tulejki dociskowej z gwintem zewnętrznym do gwintowanego otworu tulei. Powierzchnia czołowa tulejki dociskowej opiera się na występie popychacza. Dzięki takiemu rozwiązaniu osiowy ruch popychacza zamieniany jest na kątowe wychylenie sprężystych, półkulistych części trzpienia kulowego.The pressing force of the mating surfaces of the joint is pre-adjusted by screwing the pressure sleeve with external thread into the threaded hole of the sleeve. The face of the pressure sleeve rests on the shoulder of the pusher. Thanks to this solution, the axial movement of the pusher is converted into the angular deflection of the elastic, hemispherical parts of the ball pin.

Korzystnie w dolnej części popychacza osadzona jest nakrętka, której górna powierzchnia czołowa dociska sprężynę talerzową do dolnej powierzchni czołowej tulejki dociskowej. Po ustaniu działania pionowej siły na popychacz sprężyna talerzowa wywiera nacisk sprężysty na nakrętkę, powodując ruch powrotny popychacza do położenia granicznego. Takie przemieszczenie popychacza powoduje zaciśnięcie sprężystych, półkulistych części trzpienia kulowego. W skutek tego zwiększają się opory ruchu przegubu, a w skrajnym przypadku może nastąpić jego zablokowanie.Preferably, a nut is mounted in the lower part of the pusher, the upper face of which presses the cup spring against the lower face of the pressure bushing. After the vertical force on the pusher ceases, the cup spring exerts a spring pressure on the nut causing the pusher to return to its limit position. This displacement of the follower causes the elastic, hemispherical portions of the ball pin to be clamped. As a result, the resistance to movement of the joint increases, and in extreme cases, it may become blocked.

Zastosowanie w regulowanym przegubie kulowym sprężystej czaszy kulistej z regulowanym dociskiem umożliwia regulację jego ruchliwości, oporów ruchu oraz luzu w połączeniu powierzchni kulistych, zapewniając obrót przegubu w dowolnym kierunku. Sprężysta czasza kulista umożliwia ponadtoThe use of an elastic spherical canopy with adjustable pressure in the adjustable ball joint enables the adjustment of its mobility, resistance to movement and play in the connection of spherical surfaces, ensuring the joint rotation in any direction. The resilient spherical ball also makes it possible

PL 241 396 B1 samoczynną regulację oporów ruchu w zależności od siły obciążenia regulowanego przegubu kulowego. Zaletą wynalazku jest więc jego adaptacyjność do zmieniających się warunków pracy regulowanego przegubu kulowego. Dodatkową zaletą regulowanego przegubu kulowego jest możliwość jego łączenia i rozłączania, bez konieczności demontażu i ponownego montażu, dzięki sprężystemu odkształceniu współpracujących powierzchni, stanowiących określone fragmenty czasz kulistych, które ograniczone są przez dobór wysokości czaszy kulistej.Automatic adjustment of the resistance to motion depending on the load force of the adjustable ball joint. The advantage of the invention is therefore its adaptability to the changing operating conditions of the adjustable ball joint. An additional advantage of the adjustable ball joint is the possibility of connecting and disconnecting it, without the need to disassemble and reassemble, thanks to the elastic deformation of the mating surfaces, which constitute specific fragments of spherical cups, which are limited by the selection of the height of the spherical ball.

Przedmiot wynalazku może być stosowany w różnych zespołach i węzłach kinematycznych, zarówno w egzoszkieletach, mikrorobotach, robotach humanoidalnych oraz robotach przemysłowych, a także w maszynach roboczych. Stosownie do zastosowania należy dobierać wymiary oraz materiały elementów przegubu. Korzystnie sworzeń oraz trzpień kulowy są wykonane z materiałów charakteryzujących się bardzo dobrymi właściwościami sprężystymi, tj. wysoką granicą sprężystości, dużą wartością stosunku granicy sprężystości do granicy plastyczności, dużą wytrzymałością na rozciąganie. Dodatkowo w zastosowaniach do robotów przemysłowych pożądana jest dobra wytrzymałość na zmęczenie oraz duża odporność na korozję i zużycie ścierne. Przykładowo sworzeń oraz trzpień kulowy mogą być wykonane ze stali krzemowej 50S2, stali manganowej 65G, stali chromowo-krzemowej 50HS, ze stopu chromowo-wanadowego 51 CrV4 (1.8159), X 10CrNi88 (1.4310) X22 CrMoV 121 (1.4923), ze stopów tytanu, np. Ti6A14V-PE-UHMW. Elementy te mogą być również wykonane poprzez spiekanie proszków metali, na przykład tytanu lub magnezu, jak również metodą wytwarzania przyrostowego. Pozostałe elementy przegubu mogą być wykonane z typowych materiałów konstrukcyjnych, takich jak: stale konstrukcyjne i ich stopy, jak również z tworzyw sztucznych o dobrych właściwościach mechanicznych, na przykład: poliamid, PBT, poliwęglan czy poliester.The subject of the invention can be used in various kinematic units and nodes, both in exoskeletons, microrobots, humanoid robots and industrial robots, as well as in working machines. Depending on the application, the dimensions and materials of the joint components should be selected. Preferably, the pin and the ball pin are made of materials with very good elastic properties, i.e. high elasticity point, high elasticity / yield point ratio, high tensile strength. Additionally, in industrial robot applications, good fatigue strength and high resistance to corrosion and abrasive wear are desirable. For example, the pin and the ball pin can be made of 50S2 silicon steel, 65G manganese steel, 50HS chrome-silicon steel, 51 CrV4 (1.8159) chrome-vanadium alloy, X 10CrNi88 (1.4310) X22 CrMoV 121 (1.4923), titanium alloys, e.g. Ti6A14V-PE-UHMW. These elements can also be made by sintering metal powders, for example titanium or magnesium, as well as by additive manufacturing. The remaining elements of the joint can be made of typical construction materials, such as: structural steels and their alloys, as well as of plastics with good mechanical properties, for example: polyamide, PBT, polycarbonate or polyester.

Przedmiot wynalazku opisano poniżej bardziej szczegółowo w przykładzie wykonania wynalazku pokazanym na rysunku, na którym przedstawiają: fig. 1 przegub kulowy w widoku z przodu, fig. 2 przegub kulowy w półwidoku i półprzekroju, fig. 3 szczegół A z fig. 2, ilustrujący połączenie powierzchni przylegania stożka popychacza fig. 4 fig. 5 fig. 6 ze stożkową powierzchnią wewnętrzną trzpienia kulowego, szczegół B z fig. 2, ilustrujący połączenie śrubowe tulei dociskowej z tuleją, w której osadzono przesuwnie popychacz, przegub kuIowy w widoku izometrycznym, popychacz, fig. 7, 8 i 9 sworzeń z czaszą kulistą odpowiednio w widoku z przodu, półwidoku i półprzekroju z boku oraz w widoku izometrycznym, fig. 10, 11 i 12 trzpień kulowy z dwoma półkulami, odpowiednio w widoku z przodu, półwidoku i półprzekroju z boku oraz w widoku izometrycznym, fig. 13 fig. 14 fig. 15 fig. 16 nakrętkę dociskową w półwidoku i półprzekroju, tuleję w półwidoku i półprzekroju, tulejkę dociskową z gwintem zewnętrznym w półwidoku i półprzekroju, widok przegubu w pozycji granicznego wychylenia sworznia z czaszą kulistą.The subject of the invention is described in more detail below in an embodiment of the invention shown in the drawing, in which they show: Fig. 1 a ball joint in a front view, Fig. 2 a ball joint in a half view and a half section, Fig. 3 detail A of Fig. 2, the bearing surface of the follower cone fig. 4 fig. 5 fig. 6 with the conical inner surface of the ball pin, detail B from fig. 2, illustrating the screw connection of the pressure sleeve with the sleeve in which the pusher is slidably seated, the forged joint in isometric view, the pusher, fig. 7, 8 and 9 ball pin in front view, half side view and half section side view and isometric view, respectively. and in isometric view, fig. 13, fig. 14, fig. 15, fig. 16, clamp nut in half view and half section, bush in half view and half section, pressure bush with external thread in half section. view and half-section, view of the joint in the position of the limit deflection of the pin with the spherical ball.

W przedstawionym na fig. od 1 do 5 przykładzie wykonania wynalazku regulowany przegub kulowy składa się z dwóch zespołów. Pierwszy zespół regulowanego przegubu kulowego zawiera sworzeń 1 (fig. od 7 do 9) zakończony czaszą kulistą 10 z kulistą powierzchnią wewnętrzną 9. Czasza kulista 10 posiada dwa wycięcia boczne dzielące ją na dwie części tworzące sprężyste widełki o szerokości b. Na zewnętrznej powierzchni sworznia 1 wykonany jest gwint zewnętrzny 11, na którym osadzona jest nakrętka dociskowa 12 (fig. 13) posiadająca stożkową powierzchnię wewnętrzną 13, poprzez którą wywiera nacisk na stożkową powierzchnię zewnętrzną 14 czaszy kulistej 10 sworznia 1.In the embodiment of the invention shown in FIGS. 1 to 5, the adjustable ball joint comprises two units. The first adjustable ball joint assembly comprises a pin 1 (Figures 7 to 9) terminating in a spherical bowl 10 with a spherical inner surface 9. Spherical cap 10 has two side cuts dividing it into two parts forming a fork with width b. On the outer surface of the pin 1 an external thread 11 is provided on which a pressure nut 12 is mounted (Fig. 13) having a conical inner surface 13 through which it exerts a pressure on the conical outer surface 14 of the spherical cap 10 of the pin 1.

Drugi zespół regulowanego przegubu kulowego posiada trzpień kulowy 2 (fig. od 10 do 12) z nieprzelotowym otworem walcowym 15 zakończonym stożkową powierzchnią wewnętrzną 16. Trzpień kulowy 2 posiada przecięcie 5 tworzące dwie części półkuliste 3 połączone ze sobą przez dolną część trzpienia kulowego 2. Ponadto trzpień kulowy 2 posiada dwa wycięcia boczne tworzące otwory 19 o kształcie zasadniczo prostokątnym, przy czym wycięcia te są równoległe do przecięcia 5. W dolnej części trzpienia kulowego 2 wykonany jest gwint zewnętrzny 21, na którym osadzona jest tuleja 4 (fig. 14) z przelotowym otworem walcowym 20. Położenie osiowe tulei 4 jest zablokowane przeciwnakrętką 18. We współosiowych otworach walcowych 15 i 20 odpowiednio - trzpienia kulowego 2 i tulei 4 - o jednaThe second adjustable ball joint assembly has a ball pin 2 (Figures 10-12) with a cylindrical blind hole 15 ending in a conical inner surface 16. Ball pin 2 has an intersection 5 forming two hemispherical parts 3 connected to each other by the lower part of the ball pin 2. Furthermore the ball pin 2 has two side cutouts, forming openings 19 of substantially rectangular shape, the cutouts parallel to the cut 5. In the lower part of the ball pin 2, an external thread 21 is provided, on which a bushing 4 (Fig. 14) with a through hole is mounted. cylindrical bore 20. The axial position of the sleeve 4 is blocked by a locknut 18. In the concentric cylindrical bores 15 and 20 respectively - the ball pin 2 and the sleeve 4 - by one

PL 241 396 B1 kowej średnicy, przesuwnie osadzony jest popychacz 6 (fig. 6) zakończony stożkiem 7. Stożek 1 popychacza 6 jest dociskany do stożkowej powierzchni wewnętrznej 16 w przeciętej górnej części trzpienia kulowego 2.The pusher 6 (Fig. 6) is slidably mounted, ending with a cone 7. The conical 1 of the pusher 6 is pressed against the conical inner surface 16 in the cut upper part of the ball pin 2.

Siła docisku współpracujących powierzchni zewnętrznych części półkulistych 3 trzpienia kulowego 2 i kulistej powierzchni wewnętrznej 9 czaszy kulistej 10 sworznia 1 regulowanego przegubu kulowego jest wstępnie regulowana poprzez wkręcanie tulejki dociskowej 8 z gwintem zewnętrznym do gwintowanego otworu walcowego 20 tulei 4. Powierzchnia czołowa tulejki dociskowej 8 opiera się na występie popychacza 6. Dzięki takiemu rozwiązaniu osiowy ruch popychacza zamieniany jest na kątowe przemieszczenie sprężystych części półkulistych 3 trzpienia kulowego 2.The pressing force of the mating surfaces of the outer parts of the hemispherical parts 3 of the ball pin 2 and the spherical inner surface 9 of the spherical cup 10 of the pin 1 of the adjustable ball joint is pre-adjusted by screwing the pressure sleeve 8 with an external thread into the threaded cylindrical bore 20 of the sleeve 4. The front surface of the pressure sleeve 8 rests on the protrusion of the pusher 6. Thanks to this solution, the axial movement of the pusher is converted into the angular displacement of the elastic hemispherical parts 3 of the ball pin 2.

W dolnej części popychacza 6 osadzona jest nakrętka 17, której górna powierzchnia czołowa dociska sprężynę talerzową 22 do dolnej powierzchni czołowej tulejki dociskowej 8. Po ustaniu działania pionowej siły F na popychacz 6, sprężyna talerzowa 22 wywiera nacisk sprężysty na nakrętkę 17, powodując ruch powrotny popychacza 6 do położenia granicznego. Ruch powrotny popychacza 6 powoduje zaciśnięcie sprężystych, półkulistych 3 części trzpienia kulowego 2, wskutek czego zwiększają się opory ruchu przegubu, a w skrajnym przypadku nastąpi jego zablokowanie.In the lower part of the pusher 6 there is a nut 17, the upper face of which presses the diaphragm spring 22 against the lower face of the pressure sleeve 8. After the vertical force F exerts on the pusher 6, the diaphragm spring 22 exerts a spring pressure on the nut 17, causing the pusher to return. 6 to its limit position. The return movement of the pusher 6 causes the elastic, hemispherical 3 parts of the ball pin 2 to be clamped, as a result of which the resistance to movement of the joint increases, and in extreme cases it becomes blocked.

Czasza kulista 10 sworznia przegubu posiada szerokość b i wysokość H mniejszą od średnicy d kulistej powierzchni wewnętrznej 9 czaszy kulistej 10 sworznia 1, przy czym korzystnie: H/ d = 0,6-0,8, b / d = 0,5-0,6 oraz (H+b)/d < 1,3. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 1 i 2 czasza kulista 10 posiada szerokość b = 40 mm i wysokość H = 38 mm, które są mniejsze od średnicy d = 60 mm, a wartości proporcji wynoszą: H/ d = 0,63 oraz b / d = 0,67 oraz (H+b)/d = 1,3.The spherical ball 10 of the joint pin has a width b and a height H smaller than the diameter d of the internal spherical surface 9 of the spherical cap 10 of the pin 1, preferably: H / d = 0.6-0.8, b / d = 0.5-0, 6 and (H + b) / d <1.3. In the embodiment shown in Figs. 1 and 2, the spherical ball 10 has a width b = 40 mm and a height H = 38 mm, which are smaller than the diameter d = 60 mm, and the ratio values are: H / d = 0.63 and b / d = 0.67 and (H + b) / d = 1.3.

Odkształcenia sprężyste dwuramiennej czaszy kulistej 10 są ograniczone położeniem stożkowej powierzchni zewnętrznej 14 czaszy kulistej 10, przy czym dzięki przecięciu 5 i przemieszczeniu osiowym stożka 7 położenie obu części kulistej powierzchni wewnętrznej 9 może być zmieniane. W płaszczyźnie prostopadłej do osi popychacza 6 regulowany przegub kulowy może się obracać w zakresie od 0° do 360°, a w płaszczyźnie pokrywającej się z osią popychacza 6 kąt α wychylenia przegubu jest ograniczony i w przypadku opisanego wyżej przykładu wykonania wynalazku (fig. 16) zawiera się w przedziale ±30° względem osi popychacza 6.The elastic deformations of the two-armed spherical cap 10 are limited by the position of the conical outer surface 14 of the spherical bowl 10, and thanks to the intersection 5 and the axial displacement of the cone 7, the position of both parts of the spherical inner surface 9 can be changed. In the plane perpendicular to the pusher axis 6, the adjustable ball joint can rotate in the range from 0 ° to 360 °, and in the plane coinciding with the pusher axis 6, the articulation angle α is limited and in the case of the embodiment of the invention described above (Fig. 16) within ± 30 ° in relation to the pusher axis 6.

W przykładzie wykonania przegubu w zastosowaniach do egzoszkieletów, gdy obciążenie siłą pionową nie przekracza 600 N, sworzeń 1 oraz trzpień kulowy 2 są wykonane ze stopu tytanu Ti6A14U-PE-UHMW, a pozostałe elementy ze stopów aluminium np. AlSi5Cu2.In an embodiment of the articulation in exoskeleton applications, when the load with a vertical force does not exceed 600 N, the pin 1 and the ball pin 2 are made of Ti6A14U-PE-UHMW titanium alloy, and the remaining elements are made of aluminum alloys, e.g. AlSi5Cu2.

W innych przykładach wykonania sworzeń 1 i trzpień kulowy 2 są wykonane z tworzyw sztucznych o podwyższonej wytrzymałości, wzmocnionych włóknami węglowymi, np. PA 66 CF20.In other embodiments, the pin 1 and the ball pin 2 are made of high-strength, carbon-fiber reinforced plastics, e.g. PA 66 CF20.

Wykaz oznaczeń:List of markings:

- sworzeń- pin

- trzpień kulowy- ball pin

- część półkulista- hemispherical part

- tuleja- sleeve

- przecięcie kuli- the intersection of the sphere

- popychacz- pusher

- stożek- cone

- tulejka dociskowa- pressure sleeve

- kulista powierzchnia wewnętrzna czaszy kulistej- the spherical inner surface of the spherical cap

- czasza kulista- spherical ball

- gwint zewnętrzny- external thread

- nakrętka dociskowa- clamping nut

- stożkowa powierzchnia wewnętrzna nakrętki dociskowej- conical inner surface of the pressure nut

- stożkowa powierzchnia zewnętrzna czaszy kulistej- conical outer surface of the spherical cap

- otwór walcowy trzpienia kulowego- cylindrical bore of the ball pin

- stożkowa powierzchnia wewnętrzna trzpienia kulowego- conical inner surface of the ball pin

- nakrętka- nut

- przeciwnakrętka- lock nut

- otwór- hole

- otwór walcowy tulei- cylindrical bore of the sleeve

- gwint zewnętrzny trzpienia kulowego- external thread of the ball pin

- sprężyna talerzowa- disc spring

PL 241 396 B1PL 241 396 B1

F- siła obciążająca przegubF- the force loading the joint

H - wysokość czaszy kulistej b - szerokość czaszy kulistej d- średnica kulistej powierzchni wewnętrznej czaszy kulistej α - kąt wychylenia przegubuH - height of the spherical ball b - width of the spherical ball d - diameter of the spherical inner surface of the spherical ball α - angle of the joint deflection

Claims (5)

1. Regulowany przegub kulowy obejmujący co najmniej dwa zespoły przegubu - pierwszy zespół przegubu zawierający sworzeń zakończony czaszą kulistą z kulistą powierzchnią wewnętrzną oraz drugi zespół przegubu posiadający trzpień kulowy, znamienny tym, że czasza kulista 10 sworznia 1 posiada dwa wycięcia boczne dzielące ją na dwie części tworzące sprężyste widełki i na zewnętrznej powierzchni sworznia 1 jest wykonany gwint 11, na którym osadzona jest nakrętka dociskowa 12 posiadająca stożkową powierzchnię wewnętrzną 13, którą dociskana jest do zewnętrznej powierzchni stożkowej 14 czaszy kulistej 10, a trzpień kulowy 2 posiada nieprzelotowy otwór 15 zakończony stożkową powierzchnią wewnętrzną 16 oraz posiada przecięcie 5 tworzące dwie części półkoliste 3 połączone ze sobą przez dolną część trzpienia kulowego 2, w którym, dodatkowo, wykonane są dwa wycięcia boczne tworzące otwory 19 w kształcie zasadniczo prostokątnym, przy czym wycięcia te są równoległe do przecięcia 5, ponadto trzpień kulowy 2 posiada w dolnej części gwint zewnętrzny 21, na którym osadzona jest tuleja 4 z otworem przelotowym 20, której położenie osiowe jest zablokowane przeciwnakrętką 18, a we współosiowych otworach 15 i 20 o jednakowej średnicy umieszczony jest przesuwnie popychacz 6 zakończony stożkiem 7, który dociska do stożkowej powierzchni wewnętrznej 16 w górnej części przeciętego trzpienia kulowego 2 przez tuleję dociskową 8 z gwintem zewnętrznym, znajdującą się w otworze dolnej części tulei 4.1.Adjustable ball joint including at least two joint units - a first joint unit comprising a pin terminating in a spherical cup with a spherical inner surface and a second joint unit having a ball pin, characterized in that the spherical ball of the pin 1 has two side cutouts dividing it into two parts forming an elastic fork and on the outer surface of the pin 1 there is a thread 11, on which a pressure nut 12 is mounted, having a conical inner surface 13, which is pressed against the outer conical surface 14 of the spherical ball 10, and the ball pin 2 has a blind hole 15 ended with a conical surface inside 16 and has an intersection 5 forming two semicircular portions 3 connected to each other by a lower portion of a ball pin 2, in which, in addition, two lateral slots are made to form openings 19 of substantially rectangular shape, the slots being parallel to the intersection 5, moreover ball pin The new 2 has an external thread 21 in its lower part, on which a bushing 4 with a through hole 20 is mounted, the axial position of which is locked by a locknut 18, and a pusher 6 ending with a cone 7 is slidably placed in the coaxial holes 15 and 20 of the same diameter, which presses to the conical inner surface 16 in the upper part of the cut ball pin 2 through the pressure sleeve 8 with external thread, located in the bore of the lower part of the sleeve 4. 2. Regulowany przegub kulowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w dolnej części popychacza 6 osadzona jest nakrętka 17, której górna powierzchnia czołowa dociska sprężynę talerzową 22 do dolnej powierzchni czołowej tulejki dociskowej 8.2. Adjustable ball joint according to claim 1, characterized in that a nut 17 is mounted in the lower part of the pusher 6, the upper face of which presses the diaphragm spring 22 against the lower face of the pressure bush 8. 3. Regulowany przegub kulowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że czasza kulista 10 sworznia 1 posiada szerokość b i wysokość H, które są mniejsze od średnicy d kulistej powierzchni wewnętrznej 9 czaszy kulistej 10, przy czym korzystnie: H/ d = 0,6 + 0,8, b/ d = 0,5 + 0,6 oraz (H+b)/d < 1,3.Adjustable ball joint according to claim 1, characterized in that the spherical ball 10 of the pin 1 has a width b and a height H which are smaller than the diameter d of the inner spherical surface 9 of the spherical ball 10, preferably: H / d = 0.6 + 0.8, b / d = 0.5 + 0.6 and (H + b) / d <1.3. 4. Regulowany przegub kulowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że przegub kulisty w płaszczyźnie prostopadłej do osi popychacza 6 regulowany jest w zakresie od 0° do 360°, a w płaszczyźnie pokrywającej się z osią popychacza 6 kąt α wychylenia regulowanego przegubu kulowego względem osi popychacza 6 jest ograniczony i zawiera się w przedziale ±30°.4. Adjustable ball joint according to claim 1, characterized in that the ball joint in the plane perpendicular to the pusher axis 6 is adjustable in the range from 0 ° to 360 °, and in the plane coinciding with the pusher axis 6, the angle α of the adjustable ball joint with respect to the pusher axis 6 is limited and is within ± 30 °. 5. Regulowany przegub kulowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że sworzeń 1 oraz trzpień kulowy 2 są wykonane z materiałów o bardzo dobrych właściwościach sprężystych, tj. wysokiej granicy sprężystości, dużej wartości stosunku granicy sprężystości do granicy plastyczności, dużej wytrzymałości na rozciąganie oraz dobrej wytrzymałości na zmęczenie i dużej odporności na korozję i zużycie ścierne.5. Adjustable ball joint according to claim 1, characterized in that the pin 1 and the ball pin 2 are made of materials with very good elastic properties, i.e. high yield strength, high yield strength to yield strength, high tensile strength and good tensile strength. resistance to fatigue and high resistance to corrosion and abrasive wear.
PL433926A 2020-05-12 2020-05-12 Adjustable ball and socket joint PL241396B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433926A PL241396B1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Adjustable ball and socket joint

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL433926A PL241396B1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Adjustable ball and socket joint

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL433926A1 PL433926A1 (en) 2021-11-15
PL241396B1 true PL241396B1 (en) 2022-09-19

Family

ID=78595504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL433926A PL241396B1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Adjustable ball and socket joint

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL241396B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL433926A1 (en) 2021-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9296271B2 (en) Ball joint for automotive suspension
CZ284968B6 (en) Ball-and-socket joint for motor vehicles
KR101599255B1 (en) Pivot socket with cartridge bearing and vehicle steering linkage therewith
US7344311B2 (en) Suspension joint bearing
US20130121756A1 (en) Ball joint for automotive suspension
US20190118596A1 (en) Axial Ball Joint And Length-Adjustable Two-Point Link With Such An Axial Ball Joint
KR20110011649A (en) Ball joint
US10544825B2 (en) Socket assembly
US5655848A (en) Suspension ball joint
US6413003B1 (en) Compliant pivot socket for automotive steering
EP2108488A1 (en) Parallel mechanism
US20020031396A1 (en) Compliant pivot socket for automotive steering
US4347014A (en) Hemispherical ball and socket joint
CN111819367A (en) Improved socket assembly and method of making same
US4577987A (en) Ball and socket joint
PL241396B1 (en) Adjustable ball and socket joint
US3363921A (en) Universal joints, especially for motor vehicles
US6676325B2 (en) Automotive steering compliant pivot socket with tapered head
PL241400B1 (en) Double ball-and-socket joint
PL241398B1 (en) Ball-and-socket joint
PL243135B1 (en) Spherical joint
US10016878B2 (en) Pneumatically operable work tool
PL241399B1 (en) Ball-and-socket joint
PL241390B1 (en) Elastic adaplive ball and socket joint
PL241393B1 (en) Adaptive ball-and-socket joint