专利名称：球窝接合的制作方法
技术领域：
本发明涉及球窝接合，它可使用于，比方说，车辆的转向装置或支承装置。
现有球窝接合一般包括壳体，该壳体形成一内室，硬塑支承座即装在该内室中。球柱的球头可转动地装入在该支承座中。与球头连成一体的柱部经内室的开口伸出。插入在该开口处的插塞把支承座和球头固定在壳体的内室中。
上述现有球窝接合的一个问题是难于吸收壳体、支承座、球柱和插塞等部件的尺寸公差。因此，在把球窝接合装到系杆或其它机械部件上时，难于保持球窝接合性能的稳定。由于难于控制公差，因此可能造成支承座过早磨损，以及由于重载致使支承座永久变形而在使用中发生晃动现象。
日本专利No.44620-1978公开了解决上述问题的一种方法。该专利的球窝接合包括装入在支承座中的位于球柱上的球头，该支承座既有弹性，又有刚性。该支承座的滑动面的曲率半径大于球头的半径。该球头通过支承座内表面上的两个环状滑动面而可滑动地支撑在该支承座中。然后把支承座滑入球窝接合的金属壳体的内室中。该内室的两端都有开口。然后把密封件紧压在开口处的环状凸缘上，球柱即从该开口伸出。支承座和壳体形成一圆盖形部分，从而把球头大体上包住，在形成球窝接合的圆盖形部分时，支承座发生弹性变形。
在形成圆盖形部分时所产生的复原弹力使得球窝接合能补偿主要部件的尺寸公差，从而确保工作力矩更为均匀，并且，一般来说，工作更为平稳。形成圆盖形部分的弯曲变形还减轻了加于球柱的载荷，从而使得球柱能承受更大载荷。
但是，上述日本专利No.44620-1978所述球窝接合在球柱受到大负载或持续受到大负载时就会出现问题。当支承座的承载面受到不断增加的负载时，支承座就会发生永久性变形和其它损坏。
美国专利5，188，477公开了解决上述问题的另一种方法。该专利的球窝接合包括壳体及其内室、硬塑支承座以及插入在支承座和内室底部之间的弹性件。该球窝接合将其硬塑支承座的一部分弹性地置于离开其壳体的承载部，小段距离的位置上。当压力负载增加时，支承座与该承载部接触，以减轻该弹性件所受的负载。在这种结构中，弹性件用来支撑一定的预加载荷而克服各部件的制造公差，但并不用来承受大压力载荷。
上述美国专利所述球窝接合的问题是，装配时间长，在内室中装配和调整各部件的成本高。在长时期压力载荷下，该弹性件会发生永久性变形，从而在减轻或消除压力负载时会失去补偿尺寸公差的能力。弹性件所用的材料较之支承件材料多半更容易被润滑剂损坏而失去弹性，从而失去补偿球窝接合各部件尺寸公差的能力，并会造成球窝接合的其它损坏。
因此，本发明的目的是提供克服现有技术缺点的球窝接合。
本发明的进一步目的是提供具有高稳定性的球窝接合，它能补偿主要部件即球窝接合的壳体、支承座和球头的尺寸公差。
本发明的更进一步目的是提供具有优良的抗载性能和耐用的球窝接合，并且容易装配，制造成本低。
简单说来，就是一种能补偿各部件制造公差并且在大压力载荷下能平稳工作的球窝接合。刚柔相济的支承座具有在变动载荷条件下补偿各部件公差的复原弹力。球窝接合内的承载面随着球窝接合的壳体和装配其中的支承座的工作载荷的增加，而相应增加。承载面的增大使得本球窝接合较之现有球窝接合能承受更大载荷，而又不发生支承座的永久性变形。本球窝接合比现有球窝接合在更宽载荷范围下能更耐用，工作更平稳。
按本发明的一个实施例，本球窝接合包括壳体，在壳体内的支承座、球柱、位于球柱上的装入在支承座中的球头、壳体上的锥形内表面、支承座上的一般为锥形的外表面、在支承座的一般为锥形的外表面上的环形凹部以及在环形凹部上的若干肋条。一般为锥形的外表面上环形凹部之外的部分与锥形内表面相接靠，并且支撑环形凹部，使其不与锥形内表面接触。这些肋条伸向锥形内表面而又不靠在其上，从而当球窝接合在空载时其间留有空隙，并且该空隙可减小而吸收重载荷，不致造成支承座的永久性变形。
按照本发明的一个实施例，球窝接合还包括支承座上的一般为锥形的内表面、突起在该锥形内表面之上的第一滑动面，第一滑动面的有些部分与球头发生线接触或点接触。第一滑动面的曲率半径大于球头的半径。第一滑动面与球头发生线接触的部分可与这些肋条或相邻肋条之间的中间部分相合。
按照本发明的一个实施例，球窝接合还包括壳体上的圆柱形内表面、支承座上的一般为圆柱形的外表面、支承座上的一般为圆柱形的内表面、突出在支承座该圆柱形内表面之上的第二滑动面，第二滑动面的有些部分与球头发生线接触或点接触，第二滑动面的曲率半径与球头半径大致相同。
按照本发明的一个实施例，球窝接合包括壳体、该壳体中的支承座、球柱、位于球柱上且装入在支承座中的球头、壳体上的锥形内表面、支承座上与该锥形内表面相接触的一般为锥形的外表面、壳体底面中心处的锥形凹座、支承座的靠近该锥形凹座一端上的缓冲面，该缓冲面伸出在锥形凹座上方，在球窝接合处于空载时，其间留有空隙，该空隙可减小，以吸收重载荷，而不致造成支承座的永久变形。
按照本发明的一实施例，球窝接合包括壳体、该壳体中的支承座、球柱、位于球柱上且装入在支承座中的球头、壳体上的锥形内表面、支承座上的一般为锥形的外表面、在该一般为锥形的外表面上的球形凹部，该一般为锥形外表面上环形凹部之外的部分与该锥形内表面接触，并且支撑着该环形凹部，使其不与该锥形内表面接触在环形凹部上伸向，锥形内表面但又不靠在其上的若干肋条，使得球窝接合在空载时其间留出第一空隙、壳体底面中心处的锥形凹座、支承座的靠近该锥形凹座一端上的缓冲面，该缓冲面伸出在锥形凹座之上，从而在球窝接合处于空载时其间留出第二空隙，第一和第二空隙可以减小，以吸收球窝接合的重载荷，而不致造成支承座的永久性变形。
通过参照附图的如下说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会更加明显。各附图中，同一零件用相同标记表示。
图1为本发明一个实施例的球窝接合的放大剖面图;
图2为本发明一个实施例的球窝接合的局部剖视的侧视图;
图3为本发明一个实施例的球窝接合的壳体在安装前的剖面图;
图4为本发明一个实施例的球窝接合的支承座在装配前的剖面图;
图5为图4支承座的仰视图;
图6为图1球窝接合的球头、支承座和壳体之间的接触点的局部剖面图;
图7为现有技术的球窝接合的一实施例的局部放大剖面图;
图8为现有技术的一种球窝接合的局部放大剖面图。
请参看图7，现有球窝接合包括壳体61，该壳体有一内室62，内装硬塑支承座64。球柱65上的球头66可滑动地啮合在支承座64中。与球头66连成一体的球柱伸长部67径内室62的开口68伸出。插塞69插进开口68，把支承座64和球头66固定在壳体61中。
这种球窝接合在吸收包括壳体61、支承座64、球柱65和插塞69在内的各部件的尺寸公差方面存在问题。公差不精确会造成支承座64过早磨损并使支承座系统永久变形而无法承受重载。
请参看图8，现有技术的一种球窝接合(美国专利5，188，477)包括具有内室74的壳体71，内室内装硬塑支承座84和弹性件85。球柱81上的球头82可滑动地啮合在支承座84中。弹性件85装在支承座84和内室74的底面73之间。球柱81径内室74的开口72伸出。在最小载荷下，支承座84的表面86与底面73之间保持着间隙h。长时间承受最大载荷会造成弹性件85的永久性变形，从而降低球窝接合承受变动载荷的能力。
请参看图1，一球窝接合1包括具有内室7的圆柱形金属壳体2，内室7内装坚硬而有弹性的塑料支承座17，该支承座大体上包住金属球柱3上的球头12。壳体2上连结有螺线部分10，以便把球窝接合1连结到它在其中工作的更在装置中，比方说，连结到车辆支承装置中的系杆上。
壳体2上有开口5，它在把支承座17和球头12固定安装进内室7的收紧。球柱3的球柱体14经开口5穿出。内室7的底部6与开口5相对并且大体同心。球柱3上的载荷经支承座17而转移到底部6。
支承座17有圆柱形壁部19，其一端为广口18，装配时用来放入球头12。与开口18相对的底部21与圆柱形壁部19连成一体。壳体2在装配中收紧时，圆柱形壁部19和底部21发生弹性变形。复住弹力紧推球头，从而补偿球头12、壳体12和支承座17的尺寸公差。
第一和第二环形承载部23和24在面对内室7的底面6的底部21的一面上。支承座17的底部21有孔20。缓冲面25围绕孔20而面对底面6。环形凹部27位于第一和第二环形承载部23和24之间。在有载荷时，由于底部21在环形凹部27区域中厚度较薄，因此底部21的变形主要发生在第一和第二环形承载部23和24之间。
第一滑动面31面对球头12而突起在底部21之上。第二滑动面30面对球头12突起在圆柱形壁部19之上。第二滑动面位于球头12的圆心下方。上述复位弹力强使滑动面30和31与球头发生接触。第二滑动面和第一滑动面不是连续表面，它们由一条口与球头的线型接触线组成。也可使用点接触或其它形状的接触。
请参见图2，该图除了画出球柱3的全长外，其它特征同图1。球柱3与球头12相对的一端终止于带外螺纹的部分15，该部分15与螺丝部分10一起，使球窝接合能装入更大装置中。
图3利用图5表示出壳体2和支承座17在装配前的详细特征。
参看图3，壳体2的内室7大体上是一个具有底部6的圆柱形部分4。在底部6的中心处形成了具有凹壁的锥形凹座8。锥形面9使锥形凹座8的外边缘与内室7的圆柱形部分14相接。锥形面9从里向外走成弧线。在载荷下，它承受由支承座17所转移的载荷。
参看图4，图4示出了支承座17的详情，支承座由具有抗重载特性和良好的承载特性的坚硬而又有弹性的合成树脂，比方说，聚醛树脂制成。支承座17通过开口5装入壳体2的内室7中，如图3所示。
在图4中，半径为D的球头12的图象被投射在支承座17上。底部21上的孔20的孔径比球头12的半径D小。第二滑动面30在稍高于底部21与圆柱形壁部19交接处突起在圆柱形壁部19上。第二滑动面的曲率半径R1实际上与球柱3上的球头12的半径D相同。第二滑动面30由一系列从底部21中心沿径向向外走向的直线凸起构成。突起在底部21之上的第一滑动面31的曲率半径R2大于球头12半径D。第一滑动面31由一系列从底部21中心沿径向向外走向的直线凸起构成。工作时，球头12在构成一环带的一系列接触点上紧靠第二滑动面30滑动。球头12在构成球面一部分的接触线或接触点上紧靠第一滑动面31滑动。
球头12在第一滑动面31上的接触点与肋条28相合。肋条28横跨环形凹部27，在空载时不与壳体2发生接触，肋条28不伸出在环形凹部27之外。在有载荷时，肋条28表面被返与壳体2的锥形面9发生接触;在载荷更大时，环形凹部27的内表面与锥形面9发生接触。
请参看图5，径向上的各肋条28等分环形凹部27。在本发明的一个实施例中，第一和第二滑动面30和31(图5中未画出)为支承座17内表面上，与肋条28相对的直线凸起。在另一个实施例中，第一和第二滑动面30和31为点型凸起。在本发明的又一个实施例中，第一和第二滑动面30和31为位于相邻肋条28之间的中间部分的直线型或点型凸起。在球窝接合1的正常工作状态下，第一和第二环形承载部23和24以及缓冲面25至少部分地与壳体2的底面6接触，在更高载荷下，部分肋条28和环形凹部27也与底面6发生接触。
请参看图6，缓冲面25面对着内室7的底部6处的锥形凹座8，球窝接合1空载时缓冲面25与锥形凹座8之间有一间隙。球头12在第一和第二滑动面30和31处与支承座17接触。第一和第二环形承载部分23和24与壳体2的锥形面9接触。深度为t的环形凹部27和高度为t1、横跨环形的凹部27的肋条面对着壳体2底部6上的锥形面9。间隙t2把锥形面9与肋条28隔开。球窝接合在空载时，间隙t2至少等于凹部27的深度t与肋条28的高度t1的差。在高载荷下，缓冲面25与锥形凹座8接触，间隙t2最终减小为零。
通过说明球窝接合1在正常载荷和高载荷下的工作情况，即能表明本发明这一实施例的改进之处。
在低载荷下(图1和图6)，球柱3上的球头12与第二滑动面30和第一滑动面31接触。与第一滑动面31的接触发生在正对着低部21外表面上的第一和第二环形承载部23和24的反面，因此底部21转向与壳体2底部6的锥形面9发生接触。横跨环形凹部27并面对着壳体2的锥形面9的肋条28此时不与锥形面9接触。锥形面9与肋条28之间的间隙仍约为t2收紧了壳体2的上部迫使球头12上部与支承座17圆柱形上部的内壁发生接触。收紧的壳体2还造成支承座17的底部21发生弹性变形，从而使底部21的缓冲面25部分地接触或靠近壳体2的锥形凹座8的表面，这一作用补偿了球头12、壳体2和支承座17的尺寸公差，并为球头12提供良好的配合。而且，此弯曲变形在支承座17的底部21产生一复位弹力，该复位力紧推球头12，在工作中生成某种滑动阻力。工作力矩得以稳定，球窝接合1得以平稳工作。本发明的一个优点是，由于壳体2底部6上的锥形凹座8与支承座17底部21的缓冲面25之间存在高度可以变化的较大间隙，因此球窝接合1能补偿各部件的较大尺寸公差。
本发明的主要优点表现在重载荷、特别是大压力载荷加于球柱3上之时。当载荷增大时，底部21发生弹性变形，从而生成更大的复位力来抵消增大的载荷。大体上在同时，球形凹部27上的肋条28与壳体2底部6的表面9发生接触，并且，缓冲面25与壳体2锥形凹座8的表面的接触面也增大。第一和第二环形天载部23和24、肋条28、一部分缓冲面25以及整个支承座17都把载荷转移到壳体2的各部分。因此承载面积增大。支承座17的永久性变形和损坏的可能性减小，耐用性提高。球窝接合1因此比现有球窝接合能更长时间地承受更大载荷。
本发明的另一个优点是，它简化了球窝接合1的装配，并降低了生产成本。由于支承座17是由坚硬但有弹性的合成树脂制成，因此尽管它有种种不同的表面和形状，都可比方说使用注模法制成一体，与其它球窝接合比较，这就减少了必要的零件数，从而简化了装配。
本发明的再一个优点是，它便于润滑剂注入球头12的表面。这一优点起因于突起在支承座之上的第一和第二滑动面30和31、在形成两滑动面的各个突起与球头12的外表面之间存在着空隙，因此润滑剂能引入并充满整个球头。这又确保了球窝接合1的平稳工作。
上面参照附图对本发明的优选实施例作了说明，但应指出，本发明不只限于上述实施例，本专业人士只要不背离下述权利要求书所确定的本发明的范围或精神，尽可对上述实施例作出种种改动。
权利要求
1.一种球窝接合，包括一壳体；所述壳体中的一支承座；一球柱；位于所述球柱上且被装入所述支承座中的一球头；所述壳体上的一锥形内表面；所述支承座上一般为锥形的一外表面；在所述支承座的一般为锥形的外表面上的一环形凹部；所述一般为锥形的外表面上所述环形凹部之外的部分与所述锥形内表面接触，并支撑着所述环形凹部，使其不与所述锥形内表面接触；在所述环形凹部上的若干肋条；所述若干肋条伸向所述锥形内表面但又不靠在其上，因此在所述球窝接合不受载荷时其间留有间隙；所述间隙可以减小，以吸收重载荷而不致造成所述支承座的永久变形。
2.按权利要求1所述的球窝接合，其特征在于，它还包括所述支承座上一般为锥形的内表面;突起在所述一般为锥形的内表面之上的第一滑动面;所述第一滑动面的一些部分与所述球头发生点接触。
3.按权利要求1所述的球窝接合，其特征在于，它还包括所述支承座上一般为锥形的内表面;突起在所述一般为锥形的内表面之上的第一滑动面;所述第一滑动面的一些部分与所述球头发生点接触。
4.按权利要求3所述的球窝接合，其特征在于，所述第一滑动面的曲率半径大于所述球头的半径。
5.按权利要求3所述的球窝接合，其特征在于，所述第一滑动面与所述球头发生线接触的部分与所述肋条相合。
6.按权利要求3所述的球窝接合，其特征在于，所述第一滑动面中与所述球头发生线接触的部分为所述相邻肋条之间的中间部分。
7.按权利要求3所述的球窝接合，其特征在于，还包括所述壳体上的圆柱形内表面;所述支承座上一般为圆柱形的外表面;所述支承座上一般为圆柱形的内表面;突起在所述支承座的所述一般为圆柱形的内表面之上的第二滑动面;以及所述第二滑动面与所述球头发生线接触或点接触的部分。
8.按权利要求7所述的球窝接合，其特征在于，所述第二滑动面的曲率半径大体等于所述球头的半径。
9.一种球窝接合，包括一壳体;所述壳体中的一支承座;一球柱;位于所述球柱上且被装入所述支承座中的一球头;所述壳体上的一锥形内表面;所述支承座上一般为锥形的一外表面;所述一般为锥形的外表面与所述内表面接触;所述壳体底面中央处的锥形凹座;所述支承座的靠近所述锥形凹座一端上的缓冲面;所述缓冲面伸出在所述锥形凹座上方，在所述球窝接合没有载荷时其间形成一空隙;所述间隙可以减小，以吸收重载荷而不致造成所述支承座的永久变形。
10.一种球窝接合，包括一壳柱;所述壳体中的一支承座;一球体;位于所述球柱上且被装入所述支承座中的一球头;所述壳体上的一锥形内表面;所述支承座上一般为锥形的一外表面;在所述支承座的一般为锥形的外表面上的一环形凹部;所述一般为锥形的外表面上所述环形凹部之外的部分与所述锥形内表面接触，并支撑着所述环形凹部，使其不与所述锥形内表面接触;所述环形凹部上的若干肋条;所述若干肋条伸向所述锥形内表面但又不靠在其上，因此在所述球窝接合不受载荷时其间形成第一间隙;所述壳体底面中央处的一锥形凹座;所述支承座的靠近所述锥形凹座一端上的一缓冲面，它伸出在所述锥形凹座的上方，因此在所述球窝接合没有载荷时其间形成第二间隙;所述第一和第二间隙可以减小，以便吸收所述球窝接合的重载荷而不致造成所述支承座的永久性变形。
全文摘要
一种能补偿部件制造公差并且在重压力负载下能平稳工作的球窝接合。刚柔相济的支承座具有复位弹力，以补偿各部件在变化载荷下的公差。当工作载荷增大时，球窝接合的壳体和装入其中的支承座在该球窝接合内的承载面相应增大。承载面的增大使球窝接合能承受更大载荷而不致造成支承座的永久性变形。该球窝接合比现有球窝接合在更大载荷范围下更耐用，工作得更平稳。
文档编号F16C11/06GK1106899SQ9411502
公开日1995年8月16日 申请日期1994年8月5日 优先权日1993年8月6日
发明者井户浴秀和, 增野刚嗣 申请人:株式会社索米克石川