球形接头组件的制作方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2014年12月3日提交的、序列号为14/559,233的美国发明专利申请的优先权。该专利申请通过引用而整体并入本文。

发明背景

1.技术领域

本发明主要涉及球形接头组件，更具体地，涉及在汽车转向和悬挂系统中使用的那种类型的球形接头组件。

2.

背景技术：

汽车转向和悬挂系统典型地包括一个或多个球形接头，诸如横拉杆端部球型接头，其用于把横位杆端部可操作地附接到转向节。一种典型的球形接头是压缩负载球形接头，该球形接头包括具有大致球形部分的球头销，其被容纳于壳体内的一个或多个支承件锁住。

在使用期间，球头销的球形部分既受到变化的轴向负荷又受到变化的径向负荷。轴向力沿向下的方向被施加并压缩下支承件，而径向力沿各个方向循环。另外，球头销可能受到围绕其轴线的旋转力，这使得球头销相对于支承件和壳体旋转。当球头销受到轴向和/或径向负荷的同时施加这些旋转力，导致在球头销的球形部分与捕获球形部分的支承件(其通常是塑料或金属)之间的磨损。

通常，球头销的球形部分的外表面与支承件的接触面之间的接触角度和间隙影响旋转球头销所需的、最终得到的旋转扭矩。优选地，提供带有最小的间隙的球形接头，以限制球形部分沿轴向和径向相对于支承件的移动，而同时也使得旋转扭矩最小化。为了使球头销的球形部分与支承件之间的间隙最小化，某些球形接头制造商为支承件的弯曲接触面设定的直径非常类似于球形接头的直径。然而，在球形部分中和支承件中的磨损可能使得接触角度和间隙随时间改变，由此增加旋转扭矩值。

球形接头制造商采取的另一个方法是为支承件的弯曲接触面设定比球形部分的直径更大的直径，目的是限制随着球形部分和支承件因使用而磨损导致的旋转扭矩值的改变。这个方法具有使得球形部分与支承件的接触面之间的接触面积和角度最小化的效果，由此限制随着支承件和球形部分磨损导致的旋转扭矩值的增加。然而，这种方法也导致球形部分与支承件之间的间隙增加，这会减少球形接头的预期寿命。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供了改进的球形接头组件，其既展示了改进的使用寿命，又展示了在其中部件磨损期间改善的旋转扭矩。球形接头组件包括具有开放内部的壳体，其从至少基本上闭合的第一端延伸到开放的第二端。包括柄部和球形部分的球头销至少部分地布置在壳体的开放内部中。第一支承件也布置在壳体的开放内部中，并且包括第一接触面和第二接触面，第二接触面通过间隙与第一接触面隔开。第一接触面和第二接触面与球头销的球形部分滑动接触，并且第一接触面以大体不变的直径半球形地弯曲。第二接触面大体是圆柱形。第二支承件形成为相对于第一支承件的分离件，其至少部分地布置在壳体的开放内部中。第二支承件具有与球头销的球形部分滑动接触的第三接触面，并且被偏压抵靠该球形部分。

按照本发明的另一方面，第一支承件包括下支承件和支承套筒。第一接触面在下支承件上，而第二接触面在支承套筒上。下支承件和支承套筒可以单独形成，随后再接合在一起，或者其可以彼此一体地形成。

本发明的另一方面提供了一种制造球形接头组件的方法。该方法包括制备壳体的步骤，该壳体从闭合的第一端延伸到开放的第二端，并具有开放内部。该方法继续执行将第一支承件插入壳体的开放内部的步骤。第一支承件具有第一接触面和第二接触面，第二接触面通过间隙与第一接触面间隔开。第一接触面是半球形弯曲形，第二接触面是圆柱形。该方法继续执行将包括柄部和球形部分的球头销插入壳体的开放内部的步骤，从而使得球形部分与第一接触面和第二接触面滑动接触。该方法继续执行将第二支承件插入壳体的开放内部的步骤。第二支承件形成为与第一支承件分开的件，其具有与球头销的球形部分滑动接触的第三接触面。第二支承件具有与球头销的球形部分滑动接触的第三接触面。该方法继续执行偏压第二支承件而使其抵靠球头销的球形部分的步骤。

按照本发明的又一方面，该方法还可以额外地包括将盖板插入开放内部以封闭壳体的开放端，以及在盖板被插入开放内部之后使盖板变形的步骤。

附图说明

因为当结合参考附图时，通过参照以下的详细说明，本发明的这些和其它特征及优点将被更好的理解，因此上述这些将容易理解，其中：

图1是在组装前状态下的球形接头组件的第一示例性实施例的分解剖视图；

图2是图1的球形接头组件的第一支承件的分解剖视图；

图3是图1的球形接头组件的第一支承件的剖视图；

图4是在组装状态下图1的球形接头组件的剖视图；

图5是球形接头组件的第二示例性实施例的剖视图；以及

图6是第一支承件的替代性实施例的剖视图。

具体实施方式

参照附图，其中多个视图中的相似标号表示对应的部件，图1总体显示了改进的接头或球形接头组件20的第一示例性实施例。球形接头组件20可以在例如车辆的悬挂系统或转向机构、或者任何合适的汽车或非汽车应用得到应用。

如图所示，示例性球形接头组件20包括由金属制成的壳体22，壳体22沿轴线从至少基本上闭合的第一端(以下称为“闭合端24”)延伸到开放的第二端(以下称为“开放端26”)。壳体22具有外壁28，外壁28从靠近闭合端24的第一部分30延伸到靠近开放端26的、更大的第二部分32。具体地，当在剖面上看时，第一部分30和第二部分32每个都大体是圆形，并且第二部分32比第一部分30具有更大的直径。外壁28还具有台肩34，台肩34朝向壳体22的闭合端24，并且将第一部分30和第二部分32分开。在使用时，台肩34限定用于将壳体22插入另一部件(诸如汽车悬挂系统的部件)的开口中的停止点。外壁28还具有环形凹槽36，环形凹槽36与台肩34轴向隔开，用于接纳卡环(未示出)，以便把壳体22锁定成与其它部件接合。

继续参照图1，壳体22还具有围绕开放内部的内壁38。从壳体22的闭合端24开始，内壁38被连续地划分成半球形段40、圆柱形段42、出口支承件段44以及盖板段46。盖板段46具有最大直径，并且出口支承件段44具有比圆柱形段42更大的直径。内壁38在出口支承件段44与较大的盖板段46之间逐渐变细或成角度。壳体22的闭合端24还包括润滑剂开孔48，并且在润滑剂开孔48内容纳有润滑油嘴50，用于把诸如润滑脂的润滑剂(未示出)选择性地输送到壳体22的开放内部，以润滑在开放内部中的部件。

在示例性实施例中，由两部分制成的第一支承件被布置在壳体22的开放内部中。该两片式第一支承件包括支承套筒52和下支承件54。支承套筒52大致为杯形，并套在壳体22的开放内部中，支承套筒52的一部分被置于半球形段40内，而支承套筒52的一部分被置于内壁38的圆柱形段42内。具体地，支承套筒52具有抵靠内壁的弯曲部分的弯曲部分56，以及紧靠内壁38的圆柱形段42的圆柱形部分58。支承套筒52的下端具有开孔60，开孔60与壳体22的润滑剂开孔48对准。

参照图3，下支承件54被接纳在支承套筒52内，并且包括延伸到支承套筒52的开孔60中的延伸部分62，将下支承件54保持在支承套筒52内的预定位置。下支承件54优选地由较低粉末金属或钢制成，并且具有朝向壳体22的开放端26的上接触面64。上接触面64以固定直径而半球形地弯曲，并且具有多个在其中形成的润滑剂凹槽66(图2所示)，用于从润滑剂开孔48沿上接触面64散布润滑剂。如图所示，上接触面64在支承套筒52的底部上方抬高。

回头参照图1，球形接头组件20还包括具有柄部70和球形部分72的球头销68。球形部分72容纳于杯形支承套筒52内，并且球形部分72的柄部70穿过壳体22的开放端26而从开放内部伸出，用于附接于其他的部件(例如转向节)。球头销68优选由金属(诸如钢)制成。

球形部分72大致为半球形40，并且与下支承件54的上接触面64以及支承套筒52的圆柱形部分58滑动接触。具体地，球形部分72也被放置成使得球形部分72的赤道与支承套筒52的圆柱形部分58对准并滑动接触。球形部分72与在上接触面64和圆柱形部分58之间的支承套筒52或下支承件54均不接触，也就是说，在这两个接触面之间有间隙。该间隙允许足够量的润滑剂穿过接触面之间，以减少第一支承件与球形部分72的磨损，从而提高球形接头组件20的使用寿命。球形部分72的直径与下支承件54的弯曲上表面的直径类似，或至少基本上相同。

第二支承件(以下称为“出口支承件74”)被布置在壳体22的开放内部的出口支承件段44，并环绕球头销68的柄部70。出口支承件74具有半球形弯曲的下接触面76，下接触面76滑动接合球头销68的球形部分72。合在一起，下支承件54的上接触面64、支承套筒52的圆柱形部分58和出口支承件74的下接触面76(总共三个接触面)有助于球头销68相对于壳体22的枢轴旋转运动。出口支承件74可以例如由钢或聚合物材料制成。

球头销68的球形部分72和下支承件54的弯曲的上接触面64、出口支承件74的弯曲的下接触面76，以及支承套筒52的圆柱形段42都具有相似的直径，以便在支承件与球形部分72之间提供非常小的间隙配合。最小化的间隙通过限制球头销68相对于壳体22的轴向和径向的运动而提高了球形接头组件20的使用寿命。另外，由于下支承件54的抬高的上接触面64，球形部分72与下支承件54之间的接触面积不仅最小化，并且即使在支承件54，74与球形部分72磨损后仍旧保持不变，从而在球形接头组件20的使用期限内改善球头销68的旋转扭矩值。

盖板78被布置在开放内部的盖板段46内，以封闭壳体22的端部，并用于将下支承件54、支承套筒52、球头销68的球形部分72和出口支承件74保持在壳体22的开放内部中。第一弹簧垫圈80(也被称为碟形弹簧)被放置在开放内部的盖板段46内，用于沿朝向壳体22的闭合端24的方向偏压出口支承件74。具体地，即使响应于球形部分72、下支承件54与出口支承件74的磨损，第一弹簧垫圈80也偏压出口支承件74而使其抵接球头销68的球形部分72，以保持球头销68与上接触面64和下接触面76之间的接触面积。如图1所示，盖板78预成形为截头圆锥形。

防尘罩82抵靠壳体22和球头销68的柄部70而形成密封，用于将润滑剂密封在壳体22的开放内部中，并用于将碎屑保持在球形接头组件20之外。防尘罩82包括弹性盖84和第二弹簧垫圈86，该第二弹簧垫圈86至少部分被包裹在弹性盖84内，用于偏压弹性盖84而使其抵靠封盖壳体22，以改善防尘罩82与壳体22之间的密封。

如图4所示，在球形接头组件20的组装期间，壳体22在开放端26处的顶部边缘沿径向向内弯曲以形成凸缘88，并将防尘罩82的端部保持在凸缘88与盖板78之间。在形成壳体22上的凸缘88的弯曲过程中，截头圆锥形的盖板78压平为图4所示的形状。

球形接头组件120的第二示例性实施例总体在图5上示出，用相似的数字(相隔因数100)表示与第一示例性实施例对应的部件。第二示例性实施例与上述第一示例性实施例的区别在于，其仅包括嵌入防尘罩182内的垫圈弹簧180，而且其中具有垫圈弹簧的防尘罩182的端部被夹在出口支承件174与盖板178之间，从而偏压出口支承件174而使其抵靠球头销168的球形部分172。

第一支承件的替代性实施例总体在图6上示出，用相似的数字(相隔因数200)表示与上述第一示例性实施例对应的部件。在第一支承件的这个实施例中，支承套筒252和下支承件254被一起形成为一个整体件。

回过来参照图1-4的第一示例性实施例，本发明的另一方面提供了一种制造球形接头组件20的方法。该方法包括制备具有从闭合端24延伸到开放端26的开放内部的壳体22的步骤。该方法包括将具有支承套筒52和下支承件54的第一支承件插入到壳体的开放内部的步骤。下支承件54具有半球形弯曲形的第一接触面(或上接触面64)，而支承套筒52具有圆柱形的第二接触面。该方法继续进行将球头销插入壳体22的开放内部的步骤。该球头销包括柄部70和球形部分72，并且球形部分72与下支承件54的上接触面64以及支承套筒52的第二接触面滑动接触。该方法继续进行将第二或出口支承件74插入壳体22的开放内部的步骤。出口支承件74被形成为与支承套筒52和下支承件54分开的件，并具有与球头销的球形部分72滑动接触的、第三或下接触面76。该方法继续执行偏压第二支承件而使其抵靠球头销的球形部分72的步骤。支承套筒52和下支承件54可被形成为彼此分开的分离件或者单个整体件。该示例性方法还包括将盖板78插入开放内部，以封闭壳体22的开放端26并使盖板78变形的步骤。

显然，鉴于以上的教导，本发明的许多修正方案和变例都是可能的，并且可以不同于具体描述被实践，但仍在所附权利要求的范围内。