专利名称：：塑料汽车悬挂轴承的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种汽车轴承，尤其涉及一种应用于麦弗逊(MacPherson)悬架的塑料汽车悬挂轴承。
背景技术：
：如图1(A)所示，传统的汽车悬挂轴承(非集成布置)是由上塑料碟片11，上轴承钢滚道12，钢球13，下轴承钢滚道14，和下塑料碟片15组成。而如图l(B)所示，传统的汽车悬挂轴承(集成化布置)是将轴承的下塑料碟片和上弹簧支座集成为底塑料座21，直接与弹簧接触，或通过缓冲橡胶与弹簧接触，从而省去了上弹簧支座。由于麦弗逊(MacPherson)悬挂轴承是应用在低速摆动的状态下，可以采用塑料悬挂轴承设计，通过塑料碟片之间的滑动，来替换传统悬挂轴承钢球和上、下轴承钢滚道的滚动。但是，在现有的非集成塑料悬挂轴承设计中，存在如下主要缺陷1.日本01ies公司的设计l:塑料三碟片水平布置(见图2，上塑料碟片31，中间塑料碟片32，及下塑料碟片33水平布置)(1)只能承受轴向力，而不能承受径向力。(2)在受到径向力的状态下，会产生过渡变形，从而增加了摩擦扭距。2.日本01ies公司的设计2:塑料四碟片布置(三碟片水平布置，一碟片垂直布置，见图3，上塑料碟片41，中间塑料碟片42和下塑料碟片43水平布置，垂直塑料碟片44垂直布置)(1)由于增加垂直塑料碟片44，此设计可以承受径向力，但是提高了零件数量及相应的安装成本。(2)在同时受到轴向、径向力的状态下，未体现设计的优化功能。3.德国FAG公司专利设计(专利号US7，000，909B2):塑料三碟片圆弧布置(截面点接触设计)，见图4(A)，上塑料碟片51、下塑料碟片53之间设有中间塑料碟片52;(1)由于采用截面点接触设计，轴向的承载能力受到很大的限制。(2)径向的承载能力非常有限。(3)在实际应用过程中，塑料碟片在接触点的过大变形，加剧了摩擦扭距。4.德国FAG公司专利设计(专利号US7，000，909B2):塑料三碟片圆弧布置(截面圆弧线接触)，见图4(B)，上塑料碟片61、下塑料碟片63之间设有中间塑料碟片62;(1)轴、径向承载能力比图4(A)有所提高，但仍难满足应用要求。(2)由于采用圆弧设计，及三塑料碟片未完全接触，从而会使得在承受轴向载荷时，上、下塑料碟片产生过渡的侧向变形，加剧摩擦扭距。
发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种塑料汽车悬挂轴承，其结构简单，制造成本低，具备足够的刚度并同时承担车辆际应用中的轴向和径向载荷，并根据实际应用中承载轴向、径向力的大小，进行设计优化。为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现本发明提供一种非集成式塑料汽车悬挂轴承，包括上塑料碟片和下塑料碟片，所述上塑料碟片和下塑料碟片呈环形，且水平布置；该非集成式塑料汽车悬挂轴承在麦弗逊(MacPherson)悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、非集成式塑料汽车悬挂轴承、上弹簧支座、橡胶垫和弹簧；所述顶装配座与所述塑料汽车悬挂轴承的上塑料碟片上表面连接配合;所述上塑料碟片和下塑料碟片的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。本发明非集成式塑料汽车悬挂轴承的优选技术方案是:所述上塑料碟片和下塑料碟片之间设有中间塑料碟片；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片呈环形，且水平布置；所述上塑料碟片和中间塑料碟片表面直接接触，所述中间塑料碟片和下塑料碟片表面直接接触；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。所述非连续分段直线包括水平线、垂直线或斜线，以及这些直线的组合。所述连续曲线包括Bezier曲线，B-spline曲线，NonuniformrationalB-spline曲线或正、余玄曲线，以及这些曲线的组合。所述上塑料碟片和所述下塑料碟片采用加固的塑料材或未加固的塑料材料，所述中间塑料碟片采用高密度聚乙烯(HDPE)材料。此外，本发明还提供一种集成式塑料汽车悬挂轴承，包括上塑料碟片和底塑料座，所述上塑料碟片和底塑料座呈环形，且水平布置；该集成式塑料汽车悬挂轴承在麦弗逊(MacPherson)悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、集成式塑料汽车悬挂轴承、橡胶垫和弹簧；所述顶装配座与所述塑料汽车悬挂轴承的上塑料碟片上表面连接配合;所述上塑料碟片和底塑料座的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。本发明集成式塑料汽车悬挂轴承的优选技术方案是:所述上塑料碟片和底塑料座之间设有中间塑料碟片；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和底塑料座呈环形，且水平布置；所述上塑料碟片和中间塑料碟片表面直接接触，所述中间塑料碟片和底塑料座表面直接接触；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和底塑料座的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。所述非连续分段直线包括水平线、垂直线或斜线，以及这些直线的组合。所述连续曲线包括Bezier曲线，B-spline曲线，NonuniformrationalB-spline曲线或正、余玄曲线，以及这些曲线的组合。所述上塑料碟片和所述底塑料座采用加固的塑料材料或未加固的塑料材料，所述中间塑料碟片采用高密度聚乙烯材料。本发明有益效果在于本发明的非集成式塑料汽车悬挂轴承设计，通过对塑料碟片间的弧、曲线设计，不但可以满足在实际应用中，承受轴、径向力的要求，并且根据轴、径向力的大小，优化塑料碟片的接触弧、曲达到降低零件和安装成本要求。传统的集成式汽车悬挂轴承设计，由于集成省略了上弹簧支座，相对降低了零件数量和安装成本，在实际应用中得到广泛采用。现尚未出现有集成式塑料汽车悬挂轴承在市场的实际运用，本发明的集成式塑料汽车悬挂轴承的结构，将上弹簧支座与下塑料碟片集成在一起成为底塑料座，该集成式塑料汽车悬挂轴承已经通过工程设计模拟的验证，可以直接承受乘用车应用中的轴、径向载荷。从而为进一步降低零件和安装成本提供更加经济可行的方案。本发明的塑料汽车悬挂轴承，具备了足够的刚度和强度。不仅能充分降低制造成本，而且能使该轴承在承担车辆应用中轴向力的同时，还能承受径向力。，图l是传统汽车悬挂轴承的结构示意图；图l(A)是传统非集成式汽车悬挂轴承的截面结构示意图；图l(B)是传统集成式汽车悬挂轴承的结构示意图2是日本01ies公司设计的塑料三碟片水平布置的汽车悬挂轴承的结构示意图3是日本01ies公司设计的塑料四碟片布置的汽车悬挂轴承的结构示意图4是德国FAG公司专利公开的塑料三碟片圆弧布置的汽车悬挂轴承的结构示意图；图5是本发明集成式塑料汽车悬挂轴承的截面结构示意图(两碟片布置)；图6是本发明集成式塑料汽车悬挂轴承实施例之二的结构示意图(三碟片布置)；图7是本发明非集成式塑料汽车悬挂轴承的截面结构示意图(三碟片布置)；图8是本发明塑料汽车悬挂轴承的三框架设计结构流程示意图9是本发明塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的中间塑料碟片的非连续分段直线的轮廓定义示意图(以水平和垂直线结合为例)；图10是本发明塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的中间塑料碟片的非连续分段直线的轮廓定义示意图(包含各种斜线)；图ll是本发明塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的中间塑料碟片的Bezier曲线的轮廓定义示意图12是本发明塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的中间塑料碟片的B-spline曲线的轮廓定义示意图;图13是本发明塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的中间塑料碟片的NURBS曲线的轮廓定义示意图14是本发明塑料汽车悬挂轴承的设计流程(优化过程)示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。本发明塑料汽车悬挂轴承的内部布置具体如下根据麦弗逊(MacPherson)悬架应用中轴、径向载荷和摩擦扭距的要求，集成式塑料汽车悬挂轴承可以采用两碟片布置(见图5)，或三碟片叠加布置(见图6)。如图5所示，本发明的集成式塑料汽车悬挂轴承由上塑料碟片72和底塑料座73组成，其在麦弗逊(MacPherson)悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座71、上塑料碟片72、底塑料座73、橡胶垫74和弹簧75;上塑料碟片72和底塑料座73呈环形，且水平布置，顶装配座71连接上塑料碟片72的上表面。如图6所示，本发明的集成式塑料汽车悬挂轴承由上塑料碟片82、中间塑料碟片83和底塑料座84组成，其在麦弗逊(MacPherson)悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座81、上塑料碟片82、中间塑料碟片83、底塑料座84、橡胶垫85和弹簧86;上塑料碟片82、中间塑料碟片83和底塑料座84呈环形，且水平布置，顶装配座81连接上塑料碟片82的上表面。上塑料碟片82和中间塑料碟片83表面直接接触，中间塑料碟片83和底塑料座84表面直接接触。两碟片布置集成式塑料汽车悬挂轴承省略了中间塑料碟片，但是会增加轴承的摩擦扭距和塑料碟片之间的磨损。两碟片布置集成式塑料汽车悬挂轴承，可以应用于某些需要高摩擦扭距的应用中。与两碟片布置集成式塑料汽车悬挂轴承相比，三碟片布置集成式塑料汽车悬挂轴承如果设计得当，比如优化的轮廓，适当的润滑脂，和合理的塑料相配合材料，可以大幅度减少摩擦扭距。通常来讲，集成式塑料汽车悬挂轴承的刚度和强度是由塑料碟片中较弱的那个塑料碟片(中间塑料碟片)来决定的。所以，过多的塑料碟片叠加(三碟片以上)不但是多余的，而且不够经济。同样的，非集成式塑料汽车悬挂轴承也可以采用两碟片布置(上塑料碟片和下塑料碟片)或三碟片叠加布置(上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片)。下面以三碟片布置为例，结合附图详细说明本发明的技术方案。如图7所示，本发明的非集成式塑料汽车悬挂轴承，由上塑料碟片92、中间塑料碟片93和下塑料碟94组成；该非集成式塑料汽车悬挂轴承在麦弗逊(MacPherson)悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、上塑料碟片92、中间塑料碟片93、下塑料碟片94、上弹簧支座95、橡胶垫96和弹簧；上塑料碟片92、中间塑料碟片93、下塑料碟片94呈环形，且水平布置；顶装配座与上塑料碟片92的上表面连接配合。上塑料碟片92和中间塑料碟片93表面直接接触，中间塑料碟片93和下塑料碟片94表面直接接触。如图6所示，集成式塑料汽车悬挂轴承结构与非集成式塑料汽车悬挂轴承结构的区别在于，集成式塑料汽车悬挂轴承结构将下塑料碟片与上弹簧支座集成在一起成为底塑料座84，而非集成化设置的轴承结构中的上弹簧支座95与下塑料碟片94是分离的(见图7)。本发明采用三框架设计方法来优化汽车悬挂轴承的承受载荷、摩擦扭距和轴承密封的要求。该三框架设计方法可以根据所要求的轴向、径向力以及摩擦扭距来优化集成式或非集成式塑料悬挂轴承的设计。如图8所示，框架l(即内密封结构)、框架3(即外密封结构)主要注重于密封性能的设计，而框架2(以三碟片布置为例，即中间塑料碟片，从而决定碟片之间接触面；以两碟片布置为例，即上、下碟片的接触面)的轮廓曲线优化可以满足理想的轴、径向承载能力和摩擦扭距。以三碟片布置为例，在框架2的中间碟片(即碟片之间接触面)截面轮廓设计中，根据麦弗逊(MacPherson)悬架应用中所要求的受力状况及摩擦扭矩的要求，通过建立数学模型，比如采用非连续分段直线，连续曲线，以及直线曲线混合连接，通过优化模型定义参数来达到优化设计的要求。1.非连续分段直线轮廓由于采用了水平和垂直线的中间塑料碟片截面轮廓，此塑料悬挂轴承设计可以同时承受轴向力和径向力。具体的直线轮廓将根据承受的轴向和径向力的大小，以及摩擦扭距来优化设计。虽然在图9中只示意了水平和垂直线的轮廓，任何方向的直线组合都可以在二维的轮廓中运用。图9(A)在二维截面轮廓的数学模型可以表达为7=、a，《义<a，同样，图9(B)的数学模型可以表达为:Z=fl2，A<X<a2Mza2a22X<a3、Z46,SZ"2因为有了上述数学定义，数学参数a"bi(其中，i^…n)可以通过所需要的轴承轴、径向载荷和摩擦扭距要求进行优化。进一步而言，如图io所示，下述数学模型可以用来表达二维截面的轮廓，包含各种直线的组合。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>2.连续曲线轮廓在三碟片式塑料悬挂轴承的中间塑料碟片的截面可以定义为各种曲线的形式，比如Bezier，B—spline,NonuniformrationalB—spline,禾口正、余玄曲线，或是这些各种曲线形式的组合。2.1Bezier曲线轮廓如图11所示，Bezier曲线被用来设计三碟片布置塑料悬挂轴承中间碟片的轮廓。此轮廓可通过对Bezier控制多边形的调整，以达到实际应用中所要求的轴、径向力。对于n+l曲线控制点，根据n阶多项式，Bezier曲线可以定义为如下:其中，P(u)是曲线上的任意点Pi是控制点Z!(n-z.)！m'(1-m)"—根据上述数学模型，控制点(Pi)可以通过优化以完成Bezier曲线的定义，从而满足此塑料汽车悬挂轴承的受力(轴、径向力)要求。2.2B-spline曲线轮廓如图12所示，B-spline曲线被用来设计三碟片布置塑料悬挂轴承中间碟片的轮廓。此轮廓通过对B-spline的控制多边形的调整以达到实际应用中所要求的轴向和径向力。对于n+l曲线控制点Pi，B-spline曲线可以定义为如下尸(")=^>"(")《B-splinek阶曲线联合方程可以表示为其中，限制条件是k=l，iVi/(M)=1^W<C/,.+1o其它与Bezier曲线类似，通过对控制点(Pi)的优化，以设计出理想的B-spline曲线来满足塑料悬挂轴承受力(轴、径向力)要求。相比较于Bezier曲线，B-spline曲线的优点在于曲线的局部控制性，从而提供了更多的灵活性。2.3NonuniformrationalB-spline(NURBS)曲线轮廓NonuniformrationalB-spline(NURBS)曲线对于设计塑料碟片的截面轮廓，提供了进一歩的灵活性。如图13所示，向量W可以用来控制曲线的形式。所以，相比较图13(A)所示的曲线形态，图13(B)所示的曲线提高了悬挂轴承的径向承受力。NonuniformRationalB-spline曲线可以通过n+1控制点，得到如下定义NonuniformRationalB-spline曲线的主方禾呈的表达如下"(")，其中a^(")是B-spline曲线的混合函数。2.4Sine&Cosine曲线(正、余玄曲线)简单的Sine&Cosine曲线也可以被用来设计塑料悬挂轴承中间碟片的截面轮廓，从而满足所需要承受的轴向和径向力。3.混合直线和曲线的轮廓根据前悬挂麦弗逊(MacPherson)应用中所需承受力的状态，悬挂轴承中间塑料碟片的轮廓也可以采用直线和不同形式的曲线连接。上述三碟片布置截面轮廓设计方法适用于集成式塑料汽车悬挂轴承或非集成式塑料汽车悬挂轴承。同样，也适用与两碟片布置的集成式塑料汽车悬挂轴承或非集成式塑料汽车悬挂轴承。图14是本发明塑料汽车悬挂轴承的设计流程(优化过程)示意图。以下通过举例说明，根据实际前悬挂麦弗逊(MacPherson)应用中的轴向、径向力的要求，通过有限元分析工具来验证采用集成式塑料汽车悬挂轴承(三碟片布置)的可行性。本发明集成式塑料汽车悬挂轴承的受力状态，如表l所示表l用于有限元分析的轴向、径向力Combinedaxial&radialloads轴向、径向力VehiclePosition受力位置RadialLoad[FrN]径向力AxialLoad[FaN]轴向力ReboundPosition反弹位置643.52，892CurbPosition停靠位置982.65,221FullJouncePosition受冲击位置1,381.47,836Extremecombinedaxial&radialloads极限状态下轴向、径向力RadialLoad[FrN]AxialLoad[FaN]径向力轴向力1，0009,0002,0009,000在该举例的有限元分析中，加固的塑料材料，杜邦Delrin(tensilestrength65~72Mpa)被运用在上塑料碟片，杜邦Zytel(tensilestrength54~78Mpa)被运用在底塑料座，高密度聚乙烯材料(HDPE，tensilestrengthof30.41Mpa)被用于中间塑料碟片。加固或未加固的其他塑料材料也可以用于上塑料碟片和底塑料座。采用加固型塑料材料，有限元分析结果显示此集成式塑料悬挂轴承可以满足麦弗逊(MacPherson)前悬挂载荷的要求(举例说明，详细见表2)。未加固型塑料材料应该也能达到此前悬挂应用载荷的要求，因为未加固型塑料的应力强度(tensilestrength)可以达到70Mpa，但是上塑料碟片和底塑料座的变形会比采用加固型塑料材料有所增加。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>权利要求1.一种非集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，包括上塑料碟片和下塑料碟片，所述上塑料碟片和下塑料碟片呈环形，且水平布置；该非集成式塑料汽车悬挂轴承在麦弗逊悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、非集成式塑料汽车悬挂轴承、上弹簧支座、橡胶垫和弹簧；所述顶装配座与所述塑料汽车悬挂轴承的上塑料碟片上表面连接配合；所述上塑料碟片和下塑料碟片的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。2.如权利要求1所述的非集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述上塑料碟片和下塑料碟片之间设有中间塑料碟片；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片呈环形，且水平布置；所述上塑料碟片和中间塑料碟片表面直接接触，所述中间塑料碟片和下塑料碟片表面直接接触；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。3.如权利要求1或2所述的非集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述非连续分段直线包括水平线、垂直线或斜线，以及这些直线的组合。4.如权利要求1或2所述的非集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述连续曲线包括Bezier曲线，B-spline曲线，NonuniformrationalB-spline曲线或正、余玄曲线，以及这些曲线的组合。5.如权利要求2所述的非集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述上塑料碟片和所述下塑料碟片采用加固的塑料材料或未加固的塑料材料，所述中间塑料碟片采用高密度聚乙烯材料。6.一种集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，包括上塑料碟片和底塑料座，所述上塑料碟片和底塑料座呈环形，且水平布置；该集成式塑料汽车悬挂轴承在麦弗逊悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、集成式塑料汽车悬挂轴承、橡胶垫和弹簧；所述顶装配座与所述塑料汽车悬挂轴承的上塑料碟片上表面连接配合;所述上塑料碟片和底塑料座的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。7.如权利要求6所述的集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述上塑料碟片和底塑料座之间设有中间塑料碟片；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和底塑料座呈环形，且水平布置；所述上塑料碟片和中间塑料碟片表面直接接触，所述中间塑料碟片和底塑料座表面直接接触；所述上塑料碟片、中间塑料碟片和底塑料座的接触面的截面轮廓釆用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。8.如权利要求6或7所述的集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述非连续分段直线包括水平线、垂直线或斜线，以及这些直线的组合。9.如权利要求6或7所述的集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述连续曲线包括Bezier曲线，B-spline曲线，NonuniformrationalB-spline曲线或正、余玄曲线，以及这些曲线的组合。10.如权利要求7所述的集成式塑料汽车悬挂轴承，其特征在于，所述上塑料碟片和所述底塑料座采用加固的塑料材料或未加固的塑料材料，所述中间塑料碟片采用高密度聚乙烯材料。全文摘要本发明公开了一种非集成式塑料汽车悬挂轴承，由上塑料碟片，中间塑料碟片和下塑料碟片组成。上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片呈环形，且水平布置。该塑料悬挂轴承在麦弗逊悬架的布置，由上至下依次包括顶装配座、非集成式塑料悬挂轴承、上弹簧支座、橡胶垫和弹簧。顶装配座与上塑料碟片的上表面连接配合。上塑料碟片、中间塑料碟片和下塑料碟片的接触面的截面轮廓采用非连续分段直线，或连续曲线，或直线曲线混合。此外，本发明还公开了一种集成式塑料汽车悬挂轴承，其将下塑料碟片和上弹簧支座集成为底塑料座。本发明结构简单，制造成本低廉，并同时具备足够的刚度和承载能力，以承担麦弗逊悬架在实际应用中的轴向和径向载荷。文档编号F16C17/04GK101639096SQ200910057430公开日2010年2月3日申请日期2009年6月17日优先权日2009年6月17日发明者滕正继申请人:滕正继