具有保持装置的承窝组件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月18日提交的美国临时申请号62/673,616和于2019年5月16日提交的美国发明专利申请号16/413,923的权益，这些申请的全部内容据此以引用方式并入本文。

背景技术：

1.技术领域

本申请整体涉及被构造为用于车辆悬架组件的类型的承窝组件。

2.相关领域

球形接头是一种类型的承窝组件，该组件包括可相对于彼此铰接和旋转的壳体和球头螺栓。此类球形接头常见于汽车悬架系统中，以将一对控制臂与转向节连接。每个球形接头通常包括一个或多个支承件，该支承件在壳体和球头螺栓之间被接纳在壳体的敞开内部中，以允许转向节相对于控制臂移动。

在轴向力以与球头螺栓伸出壳体的方向相同的方向施加在球头螺栓上的应用中，必须以限制支承件和球头螺栓在壳体内的轴向移动的方式来支撑这些力(负载荷)。在支承件由塑料制成的情况下，由于支承件和球头螺栓之间的接触角，塑性材料在载荷下会膨胀。因此，需要金属盖板来限制球头螺栓的轴向移动，而同时限制塑料支承件的移动。在预期负载荷非常大的情况下，金属盖板的截面尺寸和/或盖板的金属的强度类型增加，以获得支撑大的负轴向载荷所需的强度。这些解决方案中的任一种(增加盖板的厚度或强度)通常增加制造球形接头的成本，并且可干扰或限制球头螺栓在壳体内的螺栓摆动。

技术实现要素：
和优点

本申请的一个方面涉及一种诸如用在车辆悬架或转向系统中的球窝组件。该球窝组件包括壳体，该壳体被制成为整体件并且包括下壁。该壳体具有内孔，该内孔沿着中心轴线从该下壁处的闭合的第一端延伸到与该下壁相对的敞开的第二端。该球窝组件还包括球头螺栓，该球头螺栓具有球部分和柄部分。该球部分设置在该壳体的该内孔中并且具有相对的第一半球和第二半球。该柄部分通过该敞开的第二端从该壳体突出。由聚合物材料制成的出口支承件设置在该壳体的该内孔中，并且与该球头螺栓的该球部分的该第一半球和该第二半球中的至少一者可滑动接触。该出口支承件具有轴向地面向该壳体的该敞开的第二端的上表面。盖板也设置在该内孔中，沿着具有环形形状的表面对表面接触区域与该出口支承件的该上表面直接接触，以将该出口支承件抓取(capture)在该壳体的该内孔中。该表面对表面接触区域从该表面对表面接触区域的径向最外端到该表面对表面接触区域的径向最内端朝向该壳体的该敞开的第二端轴向倾斜，用于响应于从该球头螺栓的该球部分施加在该出口支承件上的轴向载荷来支撑该出口支承件以抵抗径向膨胀。

根据本申请的另一个方面，该盖板具有面向该内孔的该敞开的第二端的顶表面。该顶表面具有内边缘和外边缘，并且在轴向方向上，该外边缘比该内边缘更靠近该内孔的该敞开的第二端，以允许该球头螺栓相对于该壳体的摆动角增大。

根据本申请的又一个方面，该盖板的该顶表面具有部分环形(torus)形状。

根据本申请的又一个方面，该壳体邻近于该内孔的该敞开的第二端径向向内变形，以将该盖板捕获(capture)在该内孔中。

根据本申请的又一方面，该盖板由金属制成。

根据本申请的又一方面，该盖板径向向外延伸超过该出口支承件的最外周。

根据本申请的又一个方面，该出口支承件与该球部分的该第二半球和该球部分的赤道两者可滑动接触，其中该赤道将该第一半球和该第二半球分开。

根据本申请的另一个方面，该出口支承件与该壳体的内表面呈紧密配合(tight-fitting)关系。

根据本申请的又一个方面，该球窝组件还包括背衬支承件，该背衬支承件作为与该出口支承件分离的部件制成。该背衬支承件设置在该壳体的该内孔中，并且与该球头螺栓的该球部分的该第一半球体可滑动接触。

根据本申请的又一个方面，该下壁通过铸造、锻造和机加工操作中的至少一者成形为其最终形状。

本申请的另一个方面涉及一种制造球窝组件的方法。该方法包括制备壳体的步骤，该壳体被制成包括下壁和内孔的整体件。该内孔沿着中心轴线从该下壁处的闭合的第一端延伸到该下壁的相对敞开的第二端。在该壳体的至少该下壁被成形为其最终形式之后，该方法继续以下步骤：将球头螺栓的球部分通过该敞开的第二端插入该壳体的该内孔中。该球部分具有第一半球和第二半球以及将该第一半球和该第二半球分开的赤道。该方法继续进行以下步骤：将由聚合物材料制成的出口支承件通过该敞开的第二端插入该壳体的该内孔中。该方法继续以下步骤：在该球部分的该第一半球和该第二半球中的至少一者与该出口支承件之间建立可滑动接触。该方法继续进行以下步骤：将盖板通过该敞开的第二端插入该内孔中，并且沿着表面对表面接触区域在该出口支承件的上表面和该盖板的底表面之间建立直接接触。该表面对表面接触区域从该表面对表面接触区域的径向最外端到该表面对表面接触区域的径向最内端朝向该壳体的该敞开的第二端轴向倾斜，用于响应于从该球头螺栓的该球部分施加在该出口支承件上的轴向载荷来抵抗该出口支承件的径向膨胀。

根据本申请的另一个方面，该盖板具有面向该内孔的该敞开的第二端的顶表面。该顶表面具有内边缘和外边缘。该外边缘比该内边缘更靠近该内孔的该敞开的第二端，以允许该球头螺栓相对于该壳体的摆动角增大。

根据本申请的又一个方面，该盖板的该顶表面具有部分环形形状。

根据本申请的又一个方面，该壳体邻近于该内孔的该敞开的第二端径向向内变形，以将该盖板抓取在该内孔中。

根据本申请的又一方面，该盖板由金属制成。

附图说明

当结合以下对当前优选实施方案、所附权利要求和附图的描述进行考虑时，本申请的这些和其他特征和优点将变得更易于理解，在附图中：

图1是根据本申请的一个方面构造的球形接头的示例性实施方案中的示例性实施方案的正视图；

图2是图1的球形接头的局部截面视图；

图3是图1的球形接头的分解视图；

图4是图1的球形接头的出口支承件和盖板的截面视图；并且

图5是图1的球形接头的壳体的截面视图。

具体实施方式

参照附图，其中在整个若干视图中相同的附图标记指示对应的零件，图1总体上示出了用于车辆的呈球形接头20的形式的球窝组件20。球形接头20的示例是可经受高压缩载荷(正载荷)或高拉伸载荷(负载荷)的类型，并且被构造成用于车辆的转向系统和悬架系统(未示出)。例如，球形接头20可用于将控制臂(未示出)与转向节(未示出)可操作地连接，或者它可以是用于将转向齿条(未示出)和转向节连接的系杆端部(未示出)的一部分。应当理解，如本文所述的球形接头20可用于其他汽车或非汽车应用范围中。

现参照图2和图3，球形接头20的示例性实施方案包括盒式壳体22，该盒式壳体可压入配合到诸如控制臂的第一部件的开口中。壳体22具有圆柱形的外表面，该圆柱形的外表面可被滚花，以便当接纳在开口中时提供与第一部件的改善的过盈配合。壳体22还具有径向向外延伸的凸缘24，该凸缘限定止动点，该止动点用于在将壳体22安装到第一部件中时将该壳体压入配合到开口中。壳体22还具有沿周向延伸的凹槽26，该凹槽与凸缘24间隔开，用于接纳保持环(未示出)以将壳体22与第一部件锁定。

如图5所示，壳体22具有内孔，该内孔沿着竖直中心轴线a从闭合的第一端30处的下壁28延伸到敞开的第二端32。在从闭合的第一端30到敞开的第二端32的轴向方向上，内孔具有带有逐渐增大的直径d1、d2、d3的第一部分34、第二部分36和第三部分38。更具体地，邻近于闭合的第一端30的第一部分34具有第一直径d1，第二部分36具有较大的第二直径d2，并且邻近于敞开的第二端32的第三部分38具有更大的第三直径d3。在第二部分36和第三部分38之间，壳体22具有肩部40，该肩部面向敞开的第二端32。

壳体22优选地由单个诸如钢或合金钢的整体式金属制成，并且可通过任何合适的一种或多种工艺来成形，包括例如铸造、锻造、从坯料机加工等。至少下壁28优选地通过铸造、锻造和机加工操作中的至少一者成形为其最终形状。即，下壁28没有弯曲或以其他方式塑性变形至其最终形状。如下文所进一步详细讨论，将下壁28成形为其最终形状而不发生塑性变形允许球形接头20压缩加载，从而当将球形接头20安装在车辆悬架系统中时，正轴向载荷施加在下壁28上。

现另外参照图2和图3，背衬支承件42设置在内孔的第一部分34中，具有小于第一直径d1的外径，使得背衬支承件42可以在内孔中径向移动或浮动。由诸如尼龙的低摩擦材料制成的止推垫圈44设置在内孔的第一部分34中位于背衬支承件42和下壁28之间，以在背衬支承件42和壳体22之间提供低摩擦界面。替代地或附加地，垫圈弹簧(未示出)可以设置在内孔中，以向背衬支承件42施加向上的偏置力。

球形接头20还包括具有球部分48和柄部分49的球头螺栓46。球部分48设置在壳体22的内孔中并且具有半球形弯曲的外表面，该外表面具有下半球、赤道和上半球。背衬支承件42具有弯曲的第一支承表面，该第一支承表面支撑球部分48的下半球，以便在球头螺栓46和壳体22的下壁28之间传递正轴向力(向上)。球头螺栓46的柄部分49通过敞开的第二端32从壳体22中突出，以便与转向系统/悬架系统的第二部件(诸如转向节)附接。球头螺栓46优选地由单个诸如钢或合金钢的整体式金属制成，并且可通过任何合适的工艺或工艺的组合来成形。

出口支承件50设置在内孔的第二部分36中并且具有弯曲的第二支承表面，该第二支承表面是半球形弯曲的并且与球头螺栓46的球部分48的上半球和赤道可滑动接触。背衬支承件42和出口支承件50的弯曲的第一支承表面和弯曲的第二支承表面分别在壳体22和球头螺栓46之间提供低摩擦界面，从而允许球头螺栓46在车辆运行期间相对于壳体22铰接(摆动)和旋转。出口支承件50优选地与壳体22的内表面过盈配合，以限制出口支承件50在内孔内的移动。出口支承件50的圆柱形外表面可被滚花以增加该过盈配合的强度。在示例性实施方案中，至少出口支承件50由聚合物材料(诸如塑料)制成，并且优选地通过注塑成型操作成形为其最终形状。具体地，出口支承件50优选地由碳纤维增强聚甲醛(乙缩醛)材料制成。背衬支承件42可由塑料或金属制成。

盖板52主要设置在内孔的第三部分38中并且与出口支承件50直接接触，以增强出口支承件50抵抗径向膨胀，如下面所进一步详细讨论。在车辆运行期间，负轴向力(向上)从球头螺栓46传递，通过出口支承件50、通过盖板52传递到壳体22中。盖板52具有顶表面54和底表面58、59、60。底表面58、59、62具有搁置抵靠在壳体22的肩部40上的外部部分58，以在内孔中确定盖板52的固定位置。底表面58、59、60还具有内部部分60，该内部部分向下延伸到内孔的第二部分36中并且与背衬支承件42的上表面62直接接触。底表面58、59、60还包括中间部分59，该中间部分呈陡角向下倾斜并连接外部部分58和内部部分60。盖板52还具有圆柱形的外表面，该外表面在内孔的第三部分38处与壳体22的内表面接触并且位于出口支承件50的最外周的径向外侧。盖板52由金属(诸如例如钢、合金钢、铝或铝合金)制成并且可通过任何合适的操作成形。

在敞开的第二端32处，壳体22的金属材料径向向内弯曲(诸如通过型锻)以限定唇部66，该唇部接合盖板52的顶表面52并因此将盖板52、出口支承件50、球部分48、背衬支承件42和止推垫圈44捕获在内孔内。盖板52优选地由诸如钢或合金钢的单件金属制成并且可通过任何合适的操作成形。

出口支承件50的上表面64的形状大致为截头圆锥形并且相对于径向方向(即，垂直于中心轴线a)成角度α。具体地，上表面64从出口支承件50的径向最外端到径向最内端朝向壳体22的敞开的第二端32倾斜。盖板52的底表面58、59、60中的内部部分60也以相同的角度α朝向壳体22的敞开的第二端32倾斜。出口支承件50的上表面64和盖板52的底表面58、59、60中的内部部分60在包围球头螺栓46和中心轴线a的表面对表面接触区域处彼此直接接触。

在车辆运行期间，球头螺栓46的球部分48的上半球向出口支承件50施加负(向上)轴向载荷。然后，这些轴向载荷在出口支承件50的上表面64与盖板52的底表面58、59、60之间的倾斜的表面对表面接触区域处径向向外重新定向，并最终传递到壳体22。出口支承件50在内孔的第二部分36中的紧密配合以及与盖板52的倾斜的表面对表面接触区域的结合使得塑料出口支承件50在暴露于来自球头螺栓46的负轴向载荷时抵抗径向膨胀。换言之，当出口支承件暴露于轴向载荷时，盖板52加强该出口支承件50以抵抗径向膨胀。

盖板52的顶表面54具有部分环形形状，该部分环形形状从其内边缘延伸至其外边缘。即，顶表面54在其外边缘垂直于中心轴线a而延伸并且朝着其内边缘而向下弯曲。因此，在轴向方向上，外边缘比内边缘更靠近内孔的敞开的第二端32。这种构造允许球头螺栓46相对于壳体22的摆动角度增大。另外，顶表面54的环形形状更均匀地分散了盖板52中的应力，从而与其他已知的顶表面不那么圆的盖板相比，在暴露于载荷时改善了其抗变形能力。换言之，顶表面54的环形形状提高了盖板52的强度和耐用性，而无需依靠使用高成本的高强度材料，同时使盖板52的质量最小。当在球头螺栓46上施加负轴向载荷时，顶表面54的环形构造进一步增加了盖板52的抗弯曲能力、在球头螺栓暴露于负轴向载荷时减小了球头螺栓46的轴向运动以及增加了球头螺栓46的拔出强度。

另外，在轴向方向上，出口支承件50与盖板52之间的倾斜的表面对表面接触区域被设置在盖板58与壳体22之间的接触表面下方(更靠近球部分48)。通过将材料添加到盖板52，其中将不会干扰球头螺栓46的铰接，从而增加了盖板52的强度。

本申请的另一方面涉及一种制造球形接头20(诸如图1至图5所示的球形接头20)的方法。该方法包括制备壳体22的步骤，该壳体优选地通过锻造、铸造和机加工中的至少一者成形。在下壁28成形为其最终形状之后，该方法继续进行如下步骤：通过敞开的第二端32将止推垫圈44并且然后将背衬支承件42插入壳体22的内孔中。该方法进行如下步骤：将球头螺栓46的球部分48通过敞开的第二端32插入壳体22的内孔中，并在背衬支承件42和球部分48之间建立可滑动接触。接下来，该方法继续进行如下步骤：将出口支承件50通过敞开的第二端32插入内孔中，并在出口支承件50和球头螺栓46的球部分48之间建立可滑动接触。该方法继续进行如下步骤：将盖板52通过敞开的第二端32插入壳体22的内孔中，并在出口支承件50的上表面64和盖板52的底表面58、59、60之间沿着倾斜的表面对表面接触区域建立直接接触。该方法继续进行如下步骤：在敞开的第二端32处使壳体22变形以将盖板52以及内孔中的其他部件捕获在壳体22内。该方法还可包括将防尘罩66(未示出)安装到壳体22上以在壳体22和球头螺栓46的柄部分49之间建立液密密封的步骤。

显然，鉴于以上教导内容，本申请的许多修改和变型是可能的，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述方式的其他方式来实践。还应当了解，使用诸如“上”、“下”、“顶”和“底”的方向性术语是参照附图中某些特征的取向，并非意图要求任何特定取向。另外，应当理解，所有权利要求和所有实施方案的所有特征可以彼此组合，只要它们彼此不矛盾即可。