专利名称：具有减摩涂层的杆端的制作方法
具有减摩涂层的杆端技术领域
本发明一般涉及将可相对移动的车辆转向部件彼此连接的接头，特别涉及横拉 杆端(tie rod ends)。
背景技术：
车辆悬架系统和转向系统典型地包括接头，例如用于将横拉杆端可操作地连接 至转向节(steeringknuckle)的横拉杆端球型接头(tie rod end baU-typejoints)，以及用于将该转向节耦合至转向头(steering yoke)的球接头。此外，其他应用(例如狂欢节旅行 或具有可相对移动的接头的任何其他应用)典型地具有球接头，以方便被连接的部件之 间的相对运动。在横拉杆端球型接头装配完毕后，一般需要加入在预定转矩容差内的摩 擦阻力，以抵抗接头运动。如果该摩擦阻力或转矩过大或过小，那么该球接头可能会表 现出缩短的使用寿命，并且进一步地，会导致一种可感知的、表明该部分不合意的“感 受”。例如，如果该横拉杆端表现出超出所需容差界限的摩擦阻力，那么车辆操作员或 机修工可能会“感觉到”需要大转矩移动该横拉杆端，并且因而相信该横拉杆端不那么 合意。但是，一个折中存在于如果该横拉杆端以导致可感知质量的“感受”的一个最 初合意的转矩装配，那么该横拉杆端的摩擦阻力从该最初设定的界限降低，并且因而最 终导致一个可感知的松的感觉，这也可导致该横拉杆端的替换或维修。因此，在提供具 有最初高度摩擦阻力的横拉杆端和提供具有最初低度摩擦阻力的横拉杆端之间，存在一 个折中。
业已采取措施涂敷球接头，以提供一个最初降低的、合意水平的摩擦阻力，同 时为该球接头提供长久的使用寿命。但是，涂敷球接头的所有已知措施导致该球接头的 摩擦阻力保持最初过大和/或涂层过早地从被敷表面擦落。发明内容
提供一种横拉杆端，该横拉杆端具有至少部分基于“感觉”的延长的使用寿 命。根据本发明的一个方面，该横拉杆端包括在一端具有球面球的一螺柱以及具有用于 与该球滑动毗连的凹球面的轴承表面的一轴承。该球或该轴承表面中的一个具有形成于 其上的润滑槽。进一步地，具有该润滑槽的该球或该轴承表面具有结合至其上的润滑涂层。
根据本发明的另一方面，该横拉杆端具有一螺柱和一轴承，该螺柱具有球，该 球具有凸出表面，该轴承具有支撑该球并共同提供可移动接头的凹入的轴承表面。该球 和该轴承表面由金属制成，并且当经过枢转周移动该可移动接头时，该接头提供以转矩 衡量的一定的运动阻力。当经过第一枢转周移动该接头时，该转矩最大，然后当经过约 一百万枢转周移动该接头时，该转矩沿曲线减小至一较小的转矩。一耐磨减摩涂层被涂 敷至该球和该轴承表面中的至少一个，并且具有降低第一枢转周的转矩水平、然后随时 间磨损掉以继续减小转矩但在第一百万枢转周提供与该接头若没有被涂敷该涂层基本相3同水平的转矩的效果。
根据本发明的进一步的方面，该球和/或该轴承运行表面的接触区域被涂敷以 结合的润滑涂层，例如被冠以名称Sunoloy 销售的涂层。该润滑涂层将相同条件下若 没有该润滑涂层会产生的最初预载转矩减小为一个被“觉察为”合意的预定转矩。进一 步地，经过约100至500千周的使用后，该润滑涂层在该横拉杆端的高接触区域被实质消 耗掉，在约ι百万周之后最后得到的转矩在约 ο至20英寸-磅之间，这大致相当于未包 含该涂层的情况下的最后得到的转矩。
因此，该润滑涂层为该横拉杆端提供合意的、可察觉的最初、未用过的转矩设 置。在该横拉杆端最初装配之后，这特别重要。若在最初装配之后该可察觉转矩过大， 该横拉杆端则可能被认为相当不合意。此外，延续使用之后，该润滑层会在该球与该轴 承之间的接触区域全部或实质消耗掉，例如在约100至500千周之后，转矩保持大于零， 这也被认为是合意的。
结合下面的当前优选实施例和最佳实施方式的详细说明、所附权利要求和附 图，本发明的这些和其他方面、特点和优点将得以更好地理解，其中
图1是根据本发明的一个当前优选方面构造的横拉杆端的剖视图2是图1的横拉杆端的被涂敷的上部轴承的平面视图3是图1的横拉杆端的被涂敷的下部轴承的平面视图4是对照其他常规横拉杆端，示出了图1的横拉杆端的转矩与横拉杆端的周数 的关系的图表；以及
图5是对照其他常规横拉杆端，示出了图1的横拉杆端的载荷偏移量与横拉杆端 的周数的关系的图表。
具体实施方式
详细参考附图，图1示出了根据本发明的一个当前优选实施例构造的外部横拉 杆端“转向”球型接头组件，下文以横拉杆端10指代。该横拉杆端10具有带有成形为 连接至内部转向部件(例如通过调节器连接至内部横拉杆组件)的端13的横拉杆11，以 及带有在一端16的球14和成形为连接至车辆转向元件(例如通过螺纹19)的一相对端18 的螺柱12，其中该车辆转向元件可以是例如转向节或转向头(图未示)。横拉杆端10进 一步包括成形为与球14滑动接合的轴承组件20，其中，使用时在球14与轴承组件20之 间的载荷沿横拉杆11的长度是径向或实质径向的，例如在约400至1800磅之间，而使用 时沿螺柱12的长度施加于横拉杆端10的轴向载荷是可忽略或实际上无关紧要的，不像典 型的“悬架”球接头可观察到约1000至2000磅范围以上的轴向力。轴承组件20可被提 供为具有第一和第二轴承部分，也分别以上部和下部轴承22、M指代，它们被成形来滑 动地接合球14的相对侧。应当认识到，若应用需要，轴承组件20可被提供为任何类型的 对开轴承或被提供为由单一的、整体的材料件构造的轴承。再进一步地，横拉杆端10包 括耐磨的减摩润滑涂层，总体示于沈，该涂层被涂敷并结合至球14或轴承组件20之一， 但优选不是两者，因为这已被证明对横拉杆具有负面后果，包括增加使用时的转矩。在4开展的试验中使用的润滑涂层沈是可购得的专有的聚合物基的涂层材料，例如冠以联邦 注册商标“Sunoloy”的涂层材料，更特别地，来自密西根州普利茅斯市的Sun Coating Company的产品Sunoloy 402。涂敷的润滑涂层沈为横拉杆端10提供至少两个增强的性 能特征。第一，它降低了在最初装配完毕之后球14与轴承组件20之间的摩擦；第二， 在横拉杆端10的使用寿命的最初阶段(例如横拉杆端10的约100至500千周之间)，它 实质上在球14与轴承组件20之间的接触区域被消耗了，从而使得球14与上部和下部轴 承部分22、M表现出减小的磨损。因此，枢转横拉杆端10所需的转矩在其使用寿命期 间以一个比没有润滑涂层沈时更小的程度被降低。
第一和第二轴承部分22、M可由任何适合的金属构造，例如烧结粉末金属。各 轴承部分22、M分别具有在相对端之间延伸的外部圆柱形壁观、30，其中，壁观、30的 尺寸被确定为适于容置于横拉杆11的外壳或承窝(soCket)31。各轴承部分22、24分别 具有实质凹球面的轴承表面32、34，轴承表面32、34具有与球14大致相似的球面曲率以 便与其滑动毗连。分别如图2和3所示，轴承部分22、M还示为具有从轴承表面32、34 径向向外延伸的多个润滑槽36。槽36在相应的轴承表面32、34的相对端之间并穿过该 相对端延伸，并在相应的轴承表面32、34和槽36的接合处形成尖锐边37。槽36主要用 于传递润滑剂，例如油脂，以防止轴承组件内的润滑剂增压并减小轴承组件20与球14之 间的摩擦，从而延长横拉杆端10的使用寿命。应当理解，根据需要，可以将槽36形成 为具有多种形状和深度。为进一步方便润滑剂的流动，上部轴承M示为具有穿过上部轴 承M的最上表面延伸的润滑隙39，以允许润滑剂穿过该润滑隙自由流动。
螺柱12可由任何适合的金属构造，例如ABI 4140钢。球14在此处示为具有实 质球面的轴承表面38，并作为举例进一步示为无任何润滑涂层，尽管可在球14的轴承表 面38上形成润滑涂层，或者润滑槽被形成于球14而非轴承组件20。
润滑涂层沈被涂敷并结合至第一和第二轴承表面32、34，并且作为举例而非限 制，此处示为被涂敷至轴承部分22、M的整个外表面。可以预期将润滑涂层沈涂敷并 结合至轴承表面32、34的任何适合的方法，例如浸渍、喷射或喷射磨光工艺(spray and tumble process)。润滑涂层洸的“已结合”厚度(” as bonded” thickness)在微米水 平，因而，它不会显著地影响层叠容差。有了润滑涂层沈被直接涂敷至第一和第二轴承 表面32、34，保证涂层沈不会过早地从轴承部分22、M擦落，若润滑涂层仅仅被涂敷 于球14，就会发生这一情况。这之所以可能发生，是因为轴承部分22、M上的边37在 球14的轴承表面38刮擦，因此横拉杆端10的转矩会因被擦落的涂层材料易于束缚接头 而增大。当然，如果球14具有润滑槽，而轴承部分22、M被成形为没有润滑槽，那么 润滑涂层沈的涂敷可颠倒过来，即该涂层被涂敷至球14的接触区域而非轴承表面32、 34。因此，优选将该润滑涂层涂敷至具有润滑槽的轴承表面。
最佳如图4所示，横拉杆端10装配完毕后，润滑涂层沈具有减小在相同条件下 若没有该润滑涂层就会产生的最初预载转矩的作用，正如没有润滑涂层26的同样的横拉 杆端100所呈现的。图4的图表上示出的值是在3轴测试仿真器上获得的。正如可看到 的，润滑涂层沈在相似的横拉杆端10、100之间的作用是从横拉杆端100(通常以“感 觉”被觉察为不合意)上的约60英寸-磅水平的最初预载转矩减小(例如减小约30至 40英寸-磅)为横拉杆端10 (通常以“感觉”被觉察为良好和合意的部分)上的约30英寸-磅的最初预载转矩。
图4中示出的还有另一套横拉杆端200、300。横拉杆端200被构造为在赤道上 具有与醛缩醇浮子(acetal floater)相承的标准2件醛缩醇扣Opieceacetal snap)，该横拉杆端200没有预载。正如所测试的，横拉杆端200具有约25英寸-磅的最初预载转矩，这 通常被认为略好于横拉杆端10，但是，在进行了 1百万周测试之后，横拉杆端200的最后 所得到的预载转矩降至约零(0)，这通常被认为是坏零件，特别是如果该横拉杆伴随着大 的径向偏移。
横拉杆端300被构造为具有轻预载，例如通过贝勒维尔(Bellville)垫圈或波形垫 圈(wave washer)，最初预载转矩为约M英寸-磅。因此，该横拉杆端300的已装配预 载转矩与横拉杆端10和横拉杆端200大约相同。但是，在开展了 1百万周测试之后，横 拉杆端300的最后所得到的预载转矩降至约12英寸-磅，低于横拉杆端10的最后所得到 的预载转矩。
在完成了 1百万周之后，横拉杆端10、100均产生约20英寸-磅的实质相同的 预载转矩。因此，在完成转周测试之后，横拉杆端10、100产生最佳的可察觉转矩。这 是因为以下事实，即经过了 1百万周的使用后，横拉杆端10上的润滑涂层沈在球14与 轴承部分22、对之间的接触区域上被全部或实质消耗掉了，最后所得到的转矩在约10至 20英寸-磅之间，这大致相当于若没有涂敷该涂层的情况下最后所得到的转矩。但是， 正如所指出的，相比于横拉杆端100，具有润滑涂层沈的横拉杆端10—开始就具有源于 涂层沈的显著减小和改善的转矩，该转矩实质为横拉杆端100的转矩的一半。
如图5所示，还对横拉杆端10、100、200、300作了另一仿真测试，其中的值是 使用施加了 +/-200磅的径向偏移力的3轴测试仿真器获得的，以确定在1百万周测试的 过程中，它们在+/-200磅的施加载荷下会偏移多少。偏移量越低越好，因为偏移被认 为是松动，并且松动的横拉杆端会产生噪音并在整个转向系统中导致齿间隙(backlash)， 这会对包括轮胎在内的众多的其他车辆转向部件产生负面影响。正如所示，各横拉杆端 10、100、200、300装配后具有约0.004英寸的实质相同的偏移量。在1百万周的终了， 横拉杆端200产生最大的偏移，最终偏移为约0.010英寸。所以，尽管最初装配时横拉杆 端200的最初预载转矩相比于具有润滑涂层沈的横拉杆端10略有改进，最后得到的转矩 和最后得到的偏移均远为不合意。
在完成1百万周之后，横拉杆端300具有约0.008英寸的次不合意的偏移量。然 后，和横拉杆端10基本相同但没有润滑涂层沈的横拉杆端100具有约0.005英寸的偏移 量。最后，横拉杆端10表现出约0.0045英寸的最小的偏移量，其中润滑涂层沈在完成 1百万周之后——更可能在约100至500千周之间——被全部或实质消耗掉。因此，润滑 涂层26为横拉杆端10提供相对于其他横拉杆端100、200、300的最佳性能，因为它在完 成1百万周测试之后产生最好和最合意的预载转矩和偏移。
显然，在上述教导下，可能对本发明进行多种修正和变型。例如，正如上文所 讨论的，可以预期的是，球14可以具有用于为油脂提供槽路的槽，而轴承表面32、34则 成形为没有槽。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于具体 描述的方式实施。权利要求
1.一种横拉杆端，包括在一端具有球面球的一螺柱；具有用于与所述球滑动毗连的凹球面的轴承表面的一轴承；所述球或所述轴承表面中的一个具有形成于其上的润滑槽；且所述球或所述轴承表面中的所述一个具有结合至其上的润滑涂层。
2.如权利要求1所述的横拉杆端，其特征在于，所述润滑槽位于所述轴承表面。
3.如权利要求2所述的横拉杆端，其特征在于，所述轴承是具有上部轴承部分和下部 轴承部分的对开轴承，所述上部轴承部分和下部轴承部分均具有所述润滑槽。
4.如权利要求3所述的横拉杆端，其特征在于，所述球未涂敷。
5.如权利要求4所述的横拉杆端，其特征在于，所述球没有所述润滑槽。
6.如权利要求3所述的横拉杆端，其特征在于，所述上部轴承部分和下部轴承部分均 具有相对端，所述润滑槽在所述相对端之间并穿过所述相对端延伸。
7.如权利要求1所述的横拉杆端，其特征在于，所述润滑涂层为装配后的所述横拉杆 端提供较之没有该润滑涂层时减小的转矩。
8.如权利要求1所述的横拉杆端，其特征在于，所述润滑涂层为聚合物基的。
9.一种横拉杆端，包括具有球的一螺柱，所述球具有凸出表面；具有支撑所述球并共同提供可移动接头的凹入的轴承表面的一轴承；所述球和所述轴承表面由金属制成；当经过枢转周移动所述可移动接头时，所述可移动接头提供以转矩衡量的一定的运 动阻力，当经过第一枢转周移动该接头时，所述转矩最大，然后当经过一百万枢转周移 动该接头时，所述转矩沿曲线减小至一较小的转矩；以及一耐磨减摩涂层，所述涂层被涂敷至所述球和所述轴承表面中的一个，并且具有降 低第一枢转周的转矩水平、然后随时间磨损掉以继续减小转矩但在第一百万枢转周提供 与该接头若没有被涂敷该涂层基本相同水平的转矩的效果。
10.如权利要求9所述的横拉杆端，其特征在于，所述球和所述轴承表面中的一个被 形成为具有槽，所述球和所述轴承表面中的另一个没有槽，且所述涂层被涂敷至该设槽 的部件。
11.如权利要求10所述的横拉杆端，其特征在于，所述槽形成于所述轴承表面。
12.如权利要求11所述的横拉杆端，其特征在于，所述轴承是具有上部轴承部分和下 部轴承部分的对开轴承，所述上部轴承部分和下部轴承部分均具有所述槽和所述涂层。
13.如权利要求11所述的横拉杆端，其特征在于，所述球未涂敷。
14.如权利要求9所述的横拉杆端，其特征在于，所述涂层为聚合物基的。
全文摘要
一种横拉杆端，包括在一端具有球面球的一螺柱以及具有用于与该球滑动毗连的凹球面的轴承运行表面的一轴承。该球或该轴承运行表面的接触区域具有润滑槽，以方便为油脂提供槽路，其中该设槽元件被涂敷以结合的润滑涂层。该润滑涂层将通常被认为不合意的最初预载转矩减小为一个被认为合意的转矩。经过约100至500千周后，该润滑涂层在高接触区域被实质消耗掉，最后得到的转矩保持大于零，这也被认为是合意的。
文档编号F16C11/00GK102027249SQ200980116589
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月7日
发明者劳伦斯·H·菲奇, 托马斯·J·伯恩斯 申请人:费德罗-莫格尔制品有限公司