专利名称：球窝接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球窝接头，并且更具体地涉及一种适合用作车辆悬架系统的接头的球窝接头。
背景技术：
已经公知一种球窝接头，其包括具有球形头部和杆部的球头螺栓以及经由球座与球头螺栓的球形头部结合的承窝，并且其中球头螺栓可以绕球形头部的球心相对于承窝转动。例如在日本专利申请公开No.H11-182530中示出了这样的球窝接头。
在该公开文献中公开的球窝接头中，球座紧固到承窝，并且球头螺栓的球形头部由形成在球座上的球面可滑动地支撑。在此球窝接头中，如果球头螺栓的球形头部和球座之间产生的摩擦接合力被设置得较高，则当球头螺栓绕其中心轴线旋转时，其转角(度)和转矩(Nm)具有如图4中的特征线a所示的关系。如果球头螺栓的球形头部和球座之间产生的摩擦接合力被设置得较低，则该关系变化为如图4中的特征线b所示。
附带地说一下，球头螺栓的球形头部和球座之间的摩擦接合力可以通过改变球座的材料(摩擦系数)、球头螺栓的球形头部和球座之间的接合力(表面压力)、置于球头螺栓的球形头部和球座之间的油脂等来改变。但是，无论如何，直到转矩达到设定值(例如图4中的Ta、Tb)，球头螺栓才相对于球座和承窝旋转。由此，在这样的球窝接头被应用到构成车辆悬架系统中方向盘的中心立轴的部分的情况下，可能不能获得满意的转向感，因为直到转矩达到设定值(例如图4中的Ta、Tb)球头螺栓才旋转。
发明内容
完成本发明以解决上述的问题，并且本发明提供了一种球窝接头，其包括具有球形头部和杆部的球头螺栓、经由球座与所述球头螺栓的球形头部结合的承窝，其中所述球头螺栓能够绕所述球形头部的球心相对于所述承窝转动。所述球窝接头还包括弹性变形允许装置，用于允许球座在绕所述杆部的中心轴线的旋转方向上弹性变形。在与所述弹性变形允许装置对应的区域中，使所述球形头部和所述球座之间产生的摩擦接合力大于所述球座和所述承窝之间的摩擦接合力，由此当所述球头螺栓绕所述中心轴线旋转时，在所述球形头部相对于所述球座开始滑动之前，在产生较大摩擦接合力的区域中所述球座在旋转方向上弹性变形。在这种情况下，所述弹性变形允许装置可以是形成在所述球座中的多个切口。
在此球窝接头中，当所述球头螺栓绕其中心轴线旋转时，在旋转开始时也就是在所述球形头部相对于所述球座开始滑动之前，在产生较大摩擦接合力的区域中所述球座可以在旋转方向上弹性变形。由此，转矩可以随着转角逐渐增加，由此根据转角可以产生合适的转矩。
因此，在以上的球窝接头应用到构成车辆悬架系统中的方向盘中心主轴的部分的情况下，在开始转向操作时(在球头螺栓的旋转开始时)转向转矩(转矩)可以随着转向转角(球头螺栓的转角)逐渐增加，以由此改善转向感。
当实现本发明时，所述球座可以由分别具有大摩擦系数和小摩擦系数的材料构成。在旋转方向上的弹性变形被所述弹性变形允许装置允许的区域中，大摩擦系数的材料部分地设置在与所述球形头部接合的部分处，小摩擦系数的材料设置在与所述承窝接合的部分处。在旋转方向上的弹性变形不被所述弹性变形允许装置允许的区域中，大摩擦系数的材料设置在与所述承窝接合的部分处，小摩擦系数的材料设置在与所述球形头部接合的部分处。
在这种情况下，因为所述球座可以由具有大摩擦系数和小摩擦系数的材料形成，所以可以以低成本制造所述球窝接头，并且所述球窝接头的转角与转矩的特性可以通过选择设定所述球座的材料的摩擦系数来容易地设置和改变。
图1是示出根据本发明的球窝接头的实施例的竖剖前视图。
图2是图1中所示的球座的前视图，其中其右半部分被竖剖。
图3是示出由图1所示球窝接头所获得的转角和转矩之间的关系曲线图。
图4是示出由传统球窝接头所获得的转角和转矩之间的关系曲线图。
具体实施例方式
将参考附图描述本发明的实施例。图1示出根据本发明的球窝接头。实施例的球窝接头10包括球头螺栓11、球座12、承窝13、座14、盖15以及防尘盖16。
球头螺栓11具有球形头部11a和杆部11b，并经由球座12与承窝13在球形头部11a处结合。由此，球头螺栓11能够绕球形头部11a的球心O1相对于承窝13旋转。球头螺栓11由金属形成，锥形部分11b1和外螺纹部分11b2形成在杆部11b上。球头螺栓11与车辆悬架系统的关节(或控制臂)在杆部11b处结合。
在球头螺栓11组装到承窝12之前，球座12预先地组装到球头螺栓11的球形头部11a，并且在球座12与球头螺栓11一体的状态下将球座12组装到承窝13。如图1和2所示，球座12由树脂元件12a、和树脂元件12b与12c组成，树脂元件12a具有较小的摩擦系数并采用空心球的形式，而树脂元件12b和12c每个都具有较大的摩擦系数并采用带的形式。八个切口S形成在树脂元件12a和12b中。
空心球形树脂元件12a在一端处(图1中的上端)有开口12a1，在其另一端处具有通孔12a2用于存储油脂(未示出)。树脂元件12a的外周在朝向开口12a1的一侧与承窝13的球面13a1可滑动地接合，并在朝向通孔12a2的一侧与座14的球面14a可滑动地接合。树脂元件12a的内周，除了布置带状树脂元件12b的部分，与球形头部11a的球面可滑动地接合。由此，允许树脂元件12a绕球头螺栓11的杆部11b的中心轴线L旋转。
带状树脂元件12b固定到树脂元件12a的朝向开口12a1一侧的内周。树脂元件12b的内周与球头螺栓11的球形头部11a的基端部分(图1中的上端部分)的外周可滑动地接合。同时，由与带状树脂元件12b相同的材料形成的带状树脂元件12c固定到树脂元件12a的朝向通孔12a2一侧的外周。树脂元件12c的外周与座14的球面14a可滑动地接合。
切口S用作弹性变形允许装置，用于当球头螺栓11和球座12互相结合时允许球座12增大开口12a1。此外，在图1所示的组装状态下，切口S用作弹性变形允许装置，用于允许在绕球头螺栓11的杆部11b的中心轴线L的旋转方向上的弹性变形(见图2中的假想线)。切口S在开口12a1的圆周方向上以均匀的间隔设置。
承窝13由金属形成，并具有用于接收球座12和座14的杆孔13a以及环形槽13b。球面13a1形成在杆孔13a的一端处，并与球座12的开口12a1侧端部(图1中的上端部分)的外周可滑动地接合。此外，在杆孔13a的径向方向上延伸的臂部(未示出)与承窝13一体地形成。承窝13经由臂部与车辆悬架系统的控制臂(或关节)结合。
座14由树脂材料形成，并组装到承窝13的杆孔13a以置于球座12和盖15之间。上述球面14a形成在座14的一个端部处，并且与球座12的通孔12a2侧端部接合并支撑球座12的通孔12a2侧端部的支撑表面14b也形成在该端部上。此外，与盖15的一侧接合并由其支撑的接合表面14c形成在座14的另一端部上。
由金属板形成的盖15经由其外周部分安装到承窝13的杆孔13a端中，并通过弯曲承窝13的端部固定到承窝13。由此，盖15用于相对于承窝13定位球头螺栓11、球座12和座14，并防止这些元件脱落。
防尘盖16由橡胶材料形成，并具有弹性，使得其能够根据球头螺栓11绕球心O1的转动(旋转和摆动)而形变。防尘盖16在其一端处固定到球头螺栓11的中间部分的外周，并在其另一端处固定地装配到承窝13的环形槽13b。由此，防尘盖16防止灰尘和/或水进入承窝13内部的可滑动部分，并防止充入承窝13的油脂流到外部。
在具有上述结构的本实施例的球窝接头10中，在切口S允许旋转方向上的弹性变形处于中性状态(即球头螺栓11的中心轴线L与承窝13的杆孔13a的中心基本一致的状态)的区域(图1中的球座12的上端部分)中，具有较大摩擦系数的树脂元件12b部分地设置在与球头螺栓11的球形头部11a接合的部分处，具有较小摩擦系数的树脂元件12a设置在与承窝13接合的部分处。由此，球头螺栓11的球形头部11a和球座12的树脂元件12b之间的摩擦接合力大于球座12和承窝13之间的摩擦接合力。
在未设置切口S的区域(图1中的球座12的下端部分)中，具有较大摩擦系数的树脂元件12c设置在与座14接合的部分处，具有较小摩擦系数的树脂元件12a设置在与球头螺栓11的球形头部11a接合的部分处。由此，球头螺栓11的球形头部11a和球座12之间的摩擦接合力小于球座12的树脂元件12c和座14之间的摩擦接合力。
此外，使球座12的树脂元件12c和座14之间的摩擦接合力大于球头螺栓11的球形头部11a和球座12的树脂元件12b之间的摩擦接合力。由此，在球头螺栓11的球形头部11a相对于球座12的树脂元件12b开始滑动之前，球座12的树脂元件12c不会相对于座14开始滑动。
由此，当球头螺栓11绕中心轴线L旋转时，在球形头部11a与具有较大摩擦系数的树脂元件12b接合处，也就是在较大摩擦接合力的部分处，在开始旋转时，也就是在球头螺栓11的球形头部11a相对于球座12的树脂元件12b开始滑动之前，球座12的树脂元件12a在旋转方向上如图2中的假想线所示地弹性变形。
结果，在本实施例的球窝接头10中，当球头螺栓11绕中心轴线L旋转时，在球形头部11a与具有较大摩擦系数的树脂元件12b接合的部分处，也就是在较大摩擦接合力的部分处，在开始旋转时，也就是在球形头部11a相对于球座12的树脂元件12b开始滑动之前，球座12的树脂元件12a能够在旋转方向上弹性变形。由此，如图3中的特征线A所示，随着转角增大，转矩可以以倾角θ逐渐增加。
由此，本实施例的球窝接头10在转向操作开始处(在球头螺栓11开始旋转处)能够随着转向角(球头螺栓11的转角)逐渐增加转向扭矩(转矩)，以由此改善转向感。
在图3中，转矩开始以倾角θ增加的时间点与球座12的树脂元件12a和承窝13之间的滑动开始的时间点(当转矩与设定值T1相符时)一致。此外，图3中当转矩停止以倾角θ增加的时间点与球头螺栓11的球形头部11a和球座12的树脂元件12b之间的滑动开始的时间点(当转矩与设定值T2(T2＞T1)相符时)一致。
在本实施例的球窝接头10中，球座12由小摩擦系数的树脂元件12a和每个都是大摩擦系数的树脂元件12b与12c组成。因此，球座12可以以较低成本形成，并且因此，可以以较低成本制造球窝接头10。此外，球窝接头10的转角与转矩的特性可以通过选择设定用于形成球座12的树脂元件12a、12b和12c的摩擦系数来容易地设定和改变。
在上述的实施例中，球座12的树脂元件12a的摩擦系数设定为较小，而球座12的树脂元件12b和12c的摩擦系数设定为较大。由此，在设置切口S的区域中，球头螺栓11的球形头部11a和球座12的树脂元件12b之间的摩擦接合力变得大于球座12的树脂元件12a和承窝13之间的摩擦接合力；在没有设置切口S的区域中，球头螺栓11的球形头部11a和球座12的树脂元件12a之间的摩擦接合力变得小于球座12的树脂元件12c和座14之间的摩擦接合力。但是，上述不同的摩擦接合力的产生可以通过改变承窝(13)和座(14)的材料的摩擦系数来进行，或通过除了改变摩擦系数的其它方法，例如通过使各个接合部分的形状彼此不同来进行。
在上述的实施例中，球座12由小摩擦系数的空心球形树脂元件12a和大摩擦系数的带状树脂元件12b和12c来构成，并且切口S形成在球座12的球形树脂元件12a和带状树脂元件12b中。但是，例如，可以使用小摩擦系数的成对的上、下空心半球形树脂元件，代替球座12的球形树脂元件12a，其中切口设置在空心半球形树脂元件的互相对接的端部处(在球窝接头的中间部分)。
在这种情况下，具有大摩擦系数并采用带状的树脂元件设置在各个空心半球形树脂元件的对接端部的内周上；具有大摩擦系数并采用带状的树脂元件设置在上空心半球形树脂元件的上端部的外周上；具有大摩擦系数并采用带状的树脂元件设置在下空心半球形树脂元件的下端部的外周上。很明显，在这种情况下，不同的摩擦接合力可以通过改变承窝(13)和座(14)的材料的摩擦系数来产生，而不用以上述的方式改变球座(12)的材料的摩擦系数。
在上述的实施例中，球座12由小摩擦系数的空心球形树脂元件12a和大摩擦系数的带状树脂元件12b和12c构成(也就是整个球座由树脂形成)。但是，球座的材料和形状可以自由地确定。例如，球座(12)的材料可以通过使用树脂和摩擦材料的组合、树脂和金属的组合或金属和摩擦材料的组合来形成，并且不限于上述的实施例。很明显，也可以对承窝(13)和座(14)进行材料和形状的这种选择和设置。
权利要求
1.一种球窝接头，包括具有球形头部以及杆部的球头螺栓、经由球座与所述球头螺栓的球形头部结合的承窝，其中，所述球头螺栓绕所述球形头部的球心相对于所述承窝转动，其特征在于所述球窝接头包括弹性变形允许装置，用于允许所述球座在绕所述杆部的中心轴线的旋转方向上弹性变形；在与所述弹性变形允许装置对应的区域中，使所述球形头部和所述球座之间产生的摩擦接合力大于所述球座和所述承窝之间的摩擦接合力，由此当所述球头螺栓绕所述中心轴线旋转时，在产生较大摩擦接合力的区域中，在所述球形头部相对于所述球座开始滑动之前，所述球座在旋转方向上弹性变形。
2.根据权利要求1所述的球窝接头，其中，所述球座由大摩擦系数的材料和小摩擦系数的材料构成；在所述弹性变形允许装置允许在旋转方向上进行弹性变形的区域中，大摩擦系数的材料部分地设置在所述球座的与所述球形头部接合的部分处，小摩擦系数的材料设置在所述球座的与所述承窝接合的部分处；在所述弹性变形允许装置不允许在旋转方向上进行弹性变形的区域中，大摩擦系数的材料设置在所述球座的与所述承窝接合的部分处，小摩擦系数的材料设置在所述球座的与所述球形头部接合的部分处。
3.根据权利要求1或2所述的球窝接头，其中，所述弹性变形允许装置包括形成在所述球座中的多个切口。
全文摘要
在球窝接头(10)中，当球头螺栓(11)绕其中心轴线(L)旋转时，在初始旋转阶段，球座(12)能够在旋转方向上弹性变形，并且转矩能够响应于转角的增加而逐渐增加。在球座(12)的设置切口(S)的部分中，球头螺栓(11)的球形头部(11a)和球座(12)之间的摩擦接合力被允许大于球座(12)和承窝(13)之间的摩擦接合力。在绕球头螺栓(11)的中心轴线(L)旋转的过程中，在球形头部(11a)在球座(12)的产生较大摩擦接合力的部分上开始滑动之前，球座(12)被设置成在旋转方向上弹性变形。
文档编号F16C11/06GK1906423SQ200580001780
公开日2007年1月31日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月8日
发明者岛航太郎 申请人:丰田自动车株式会社