CN112654795B - 球形接头组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种球形接头组件，该球形接头组件包括壳体，该壳体具有包围内孔的内壁，内孔沿着中央轴线延伸。该球形接头组件还包括具有球部分和柄部分的球头螺栓。该球部分被接纳在该壳体的该内孔中，并且该柄部分穿过该壳体的开放端从该内孔突出。第一预加载构件和第二预加载构件在该球部分的相对的轴向侧上设置在该内孔中并且与该球部分接触。该预加载构件具有弹性体材料。该预加载构件中的至少一个预加载构件被压缩以将该球部分推到中央位置。

Description

球形接头组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月11日提交的美国发明申请序列号16/127,370的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本申请总体涉及球窝组件，并且更具体地，涉及用于车辆的悬架***的球形接头。

2.相关领域

在一些四轮驱动***中，一对球形接头将桥与转向节固定地附接。该球形接头中的每个球形接头具有壳体和球头螺栓，该球头螺栓可铰接并且相对于彼此旋转。该壳体包含一对轴承，该一对轴承设置在该球头螺栓的球部分的相对的轴向侧上以允许此旋转和铰接。除了允许球头螺栓铰接和旋转之外，该轴承还大体上使该球头螺栓在轴向方向上与该壳体固定。然而，在某些情形中，诸如当将球形接头不适当地安装在车辆中时，球头螺栓相对于壳体的此受限的轴向移动可使球形接头受困。此状况可导致通常称为“记忆转向”的现象，由此，车辆在某一方向上完成转弯之后保持在同一方向上转弯。

发明内容

本申请的一个方面涉及球形接头组件，该球形接头组件包括壳体，该壳体具有包围沿着中央轴线延伸的内孔的内壁。该球形接头组件还包括具有球部分和柄部分的球头螺栓。该球部分被接纳在壳体的内孔中，并且该柄部分穿过壳体的开放端从内孔突出。第一预加载构件和第二预加载构件在球部分的相对的轴向侧上设置在内孔中并且与球部分接触。该预加载构件具有弹性体材料。该预加载构件中的至少一个预加载构件被压缩以将球部分推到中央位置。

该球形接头组件是有利的，因为它允许球头螺栓相对于壳体在轴向方向上移动而不被缚住。在铰接球头螺栓或使球头螺栓相对于壳体旋转所需的扭矩有最小(如果有的话)增加的情况下并且在成本很小增加乃至不增加的情况下实现这样。

根据本申请的另一方面，第一预加载构件和第二预加载构件具有相同构造。此配置允许通过规模经济实现制造成本节约。

根据本申请的另一方面，预加载构件中的每个预加载构件的形状是环形并且环绕中央轴线。

根据本申请的另一方面，预加载构件中的每个预加载构件具有波纹状顶部，该波纹状顶部具有多个峰部和多个谷部，并且预加载构件中的每个预加载构件具有波纹状底部，该波纹状底部具有多个峰部和多个谷部。

根据本申请的另一方面，对于预加载构件中的每个预加载构件，波纹状顶部的峰部与波纹状底部的峰部周向对准，并且波纹状顶部的谷部与波纹状底部的谷部周向对准。

根据本申请的另一方面，预加载构件中的每个预加载构件具有面向中央轴线的内表面，并且该内表面在峰部上径向向外逐渐缩减。

根据本申请的另一方面，预加载构件中的每个预加载构件被制成单块弹性体材料。

根据本申请的另一方面，在预加载构件与球头螺栓的球部分之间的接触是直接接触。

根据本申请的另一方面，壳体经过变形以将球头螺栓的球部分和预加载构件捕获(capture)在壳体的内孔中。

本申请的另一方面涉及一种制作球形接头组件的方法。该方法包括以下步骤：制备具有内孔和至少一个开放端的壳体。该方法继续进行将第一预加载构件***到内孔中的步骤。该方法进行将球头螺栓的球部分***到内孔中以使得球头螺栓的柄部分通过至少一个开放端延伸出内孔的步骤。该方法继续进行将第二预加载构件***到内孔中的步骤。该方法进行压缩第一预加载构件和第二预加载构件中的至少一个预加载构件以向球头螺栓的球部分施加偏置力的步骤。该方法继续进行闭合壳体以将第一预加载构件和第二预加载构件以及球头螺栓的球部分捕获(capture)在内孔中的步骤。

根据本申请的另一方面，压缩第一预加载构件和/或第二预加载构件的步骤与闭合壳体的步骤是同时的。

根据本申请的另一方面，闭合壳体以将第一预加载构件和第二预加载构件以及球头螺栓的球部分捕获在内孔中的步骤包括型锻壳体的端部。

根据本申请的另一方面，闭合壳体以将第一预加载构件和第二预加载构件以及球头螺栓的球部分捕获在内孔中的步骤包括使盖板与壳体接合。

根据本申请的另一方面，第一预加载构件和第二预加载构件中的每个预加载构件与球头螺栓的球部分直接接触。

根据本申请的另一方面，预加载构件中的每个预加载构件具有波纹状顶部和波纹状底部。

附图说明

当结合对目前优选的实施方案和最佳模式、所附权利要求书和附图的以下详细描述考虑时，将更容易地了解本申请的这些和其他方面、特征和优势，在该附图中：

图1是包括根据本申请的一个方面而构造的一对球形接头组件的示例性车辆悬架组件的分解视图；

图2是根据本申请的一个方面而构造的球型接头组件的第一示例性实施方案的前方正视图；

图3是处于已安装状况下的图2的球形接头组件的视图，其中球形接头组件是正视图并且其余部件是横截面；

图4是处于已安装状况下的图2的球形接头组件的片段视图，并且示出球头螺栓和滑脂枪加油嘴的正视图和其余部件的横截面；

图5是类似于图4的视图，但示出了球头螺栓相对于壳体在一个轴向方向上移动；

图6是类似于图4的另一视图，但示出了球头螺栓相对于壳体在与图5相反的轴向方向上移动；

图7是图2的球形接头组件的预加载构件的透视图；并且

图8是处于已安装状况下的球形接头组件的替代性实施方案的片段视图，并且示出了球头螺栓和滑脂枪加油嘴的正视图和其余部件的横截面。

具体实施方式

参考附图，其中类似的数字指示整个若干视图中的对应部分，在图1中大体上示出包括根据本申请的一个方面而构造的示例性一对球形接头组件20的车辆悬架***。如图所示，示例性球形接头组件20被构造用于将桥22与转向节24可操作地连接以使转向节24维持在相对于桥22的预定固定角度。

现在参考图2和图3，在示例性实施方案中，球形接头组件20具有盒式构造，因为它具有被构造为压装到桥22或转向节24上的第一开口中的壳体26。壳体26具有外壁，该外壁具有径向向外延伸的凸缘28，该凸缘限定用于将壳体26压装到桥22或转向节24的第一开口中的止挡点。该外壁还呈现周向延伸的凹槽，该凹槽与径向向外延伸的凸缘28轴向隔开，以便接纳将壳体与桥22或转向节24锁定的保持器环30。示例性壳体26的外壁还具有多个周向间隔开的滚花32，以便改善在壳体26与桥22或转向节24之间的压装连接。

现在参考图4，在球形接头组件20的第一示例性实施方案中，壳体26是由两个零件组成，该两个零件包括主体零件34和被压装到主体零件34的开口中的轴承衬套36。轴承衬套36具有内壁，该内壁包围内孔，该内孔沿着中央轴线A从开放的第一端38延伸至闭合的第二端40处的下壁。在此实施方案中，内壁具有圆柱形形状，因为它具有沿着其轴向长度的恒定直径。该下壁呈现润滑剂开口，该润滑剂开口接纳滑脂枪注油嘴42，以便在球形接头组件20的初始组装期间以及在对该球形接头组件的日常维护期间将润滑剂(诸如油脂)输送到壳体26的内孔中。

壳体26的主体零件34和轴承衬套36两者都优选由诸如铁、钢、钢合金、铝或铝合金的金属制成，并且优选通过铸造、模锻和/或机加工而成形。在该第一示例性实施方案中，主体零件34是由非气体碳化的AISI 1018钢制成，并且轴承衬套36是由气体碳化的AISI 1018钢制成，并且因此，轴承衬套36是由比主体零件34的材料更硬的材料制成，从而在允许相对较软的主体零件34在型锻操作期间变形的同时吸收力并且耐磨，在下文更详细地描述该型锻操作。

球形接头组件20还包括具有球部分46和柄部分48的球头螺栓44。球部分46被接纳在壳体26的内孔中，并且柄部分48通过开放的第一端38从壳体26突出，以便与桥22或转向节24连接。球头螺栓44的球部分46具有半球形弯曲外表面，该半球形弯曲外表面的外径类似于壳体26的内壁的恒定直径，使得该球部分的赤道围绕中央轴线A与内壁处于三百六十度(360°)的直接接触或近乎接触。这允许在操作车辆期间在球头螺栓44与壳体26之间直接传递径向负荷。然而，在球部分46与内壁之间的接触是间隙配合，使得在将球形接头组件20安装在车辆上时以及在操作车辆期间，球头螺栓44可沿着中央轴线A相对于壳体26移动或旋转。还应了解，依据在将球形接头组件20安装在车辆上时球头螺栓44的取向，在球部分46与内壁之间的接触可不沿着球部分46的赤道。

再参考图3，优选由诸如橡胶的弹性体材料制成的防尘罩50相对于壳体26的外壁和球头螺栓44的柄部分48被密封，以将润滑剂容纳在内孔内并且将污染物挡在内孔之外。防尘罩50可采取任何合适的构造，并且可通过任何合适的手段与壳体26和球头螺栓44密封地接合。

一对预加载构件52(第一预加载构件52a和第二预加载构件52b)设置在壳体26的内孔中，并且与球头螺栓44的球部分46的相对的半球直接接触。预加载构件52a、预加载构件52b具有相同构造，因此通过规模经济实现降低的制造成本。预加载构件52a、预加载构件52b中的每个预加载构件具有包围中央轴线A的环形形状。每个预加载构件52a、预加载构件52b还具有外表面、内表面、顶表面和底表面。预加载构件52a、预加载构件52b在被安装在壳体26的内孔中时与轴承衬套36处于间隙配合关系。

图7示出了预加载构件52中的示例性预加载构件。如图所示，预加载构件52关于垂直于中央轴线A延伸的中性面是对称的。也就是说，预加载构件52在中性面上方的区域是在该中性面下方的区域的镜像。这简化了组装球形接头组件20的过程，因为预加载构件52可按照任一取向安装到球窝组件20中，即，预加载构件52的任一侧可以是顶部并且任一侧可以是底部。

预加载构件52的顶表面和底表面各自是具有多个峰部54和多个谷部56的波纹状(即，齿形)。谷部56使相邻的峰部54围绕预加载构件52彼此分离。波纹状顶部上的峰部54与波纹状底部上的峰部54周向对准，使得预加载构件52在峰部54的区域中与谷部56的区域相比具有更大的高度。每个预加载构件52还具有峰部54的区域中的增加的厚度以及谷部56的区域中的减小的厚度。内表面在峰部54上径向向外逐渐缩减。也就是说，在具有峰部54的区域中的每个区域中，内表面在中性面处与中央轴线A平行地延伸。内表面随后在两个轴向方向(即，在一个方向上朝向顶部以及在相反的方向上朝向底部)上径向向外逐渐缩减。如图4中所示，在球形接头组件20中，预加载构件52的逐渐缩减区域与球头螺栓44的球部分46的相对的半球直接接触。

在球形接头组件20的第一示例性实施方案中，壳体的与内孔的开放的第一端38相邻的顶部边缘经过变形(例如，通过型锻)以呈现径向向内延伸的唇缘58，该唇缘部分地闭合该开放的第一端38以将轴承衬套36；第一预加载构件52a和第二预加载构件52b；以及球头螺栓44的球部分46捕获在内孔中。在完成型锻操作之后，轴承衬套36在轴向方向上从下壁至壳体26的唇缘58延伸固定长度。

第一预加载构件52a和第二预加载构件52b被间隙在壳体26的内孔内彼此轴向隔开，并且在球头螺栓44的球部分46与壳体26之间的接触出现在此间隙内。球头螺栓44的球部分46的外表面可设置有一个或多个润滑剂凹槽(未示出)，以用于改善内孔内的润滑流动。

每个预加载构件52被制成单块弹性体材料，诸如橡胶，以用于将球头螺栓44的球部分46偏置到内孔内的中央位置(图4示出了处于中央位置的球部分46)。在铰接球头螺栓44或使该球头螺栓相对于壳体26旋转所需的扭矩有最小增加的情况下实现这样。内孔中的润滑剂能够在谷部56的区域中自由越过预加载构件52，在该区域中，预加载构件52具有减小的厚度和减小的高度。

在将球形接头组件20安装在车辆上期间，第一预加载构件52a和第二预加载构件52b允许球头螺栓44沿着中央轴线A相对于壳体26移动，其中对铰接球头螺栓44以及使该球头螺栓旋转所需的扭矩具有最小影响。因此，防止球形接头组件20被缚住，而在其他已知的球形接头组件中可能会被缚住，其中可能有球头螺栓的最小轴向移动或没有轴向移动。例如，图5示出了已经移动成更靠近壳体26的开放的第一端38的球头螺栓44的球部分46。如图所示，第一预加载构件52a与图4相比已经被压缩。在图6中示出了已经移动成更靠近壳体26的闭合的第二端36的球头螺栓44的球部分46。如图所示，在此状况下，第二预加载构件52b已经被压缩。

在图8中大体上示出了球形接头组件120的替代性实施方案，其中通过前缀“1”分隔的类似的数字指示第一示例性实施方案的对应部分。第二实施方案与第一实施方案的区别在于，壳体126被制成单块金属，诸如气体碳化的AISI 1018钢。此替代性实施方案的壳体126在第一端138和第二端136两者处都开放，其中径向向内延伸和机加工(未型锻或以其它方式变形)的唇缘158位于开放的第一端138处，并且其中周边凹槽形成到与开放的第二端136相邻的内壁中。预加载构件152和球头螺栓144的球部分146全部通过开放的第二端136***到内孔中。始于截头圆锥形形状的盖板160随后变平成与周边凹槽接合，以闭合壳体126的第二端136并且将预加载构件152和球头螺栓144的球部分146捕获在内孔中。

本申请的另一方面涉及一种制作球形接头组件20的方法，该球形接头组件诸如为在图2至图6中示出以及在上文论述的球形接头组件20。该方法包括制备壳体26的步骤。该方法继续进行将第二预加载构件52b***到内孔中的步骤。该方法进行将球头螺栓44的球部分46***到内孔中的步骤。该方法继续进行将第一预加载构件52a***到内孔中的步骤。该方法进行压缩第一预加载构件52a和第二预加载构件52b中的至少一个预加载构件以向球头螺栓44的球部分46施加偏置力的步骤。该方法继续进行闭合壳体26以将第一预加载构件52a和第二预加载构件52b以及球头螺栓44的球部分46捕获在内孔中的步骤。

优选的是，压缩第一预加载构件52a和第二预加载构件52b的步骤以及闭合壳体26的步骤是同时的。例如，在一个实施方案中，壳体26被型锻成将预加载构件52a、预加载构件52b和球头螺栓44的球部分46都捕获在内孔中。在另一实施方案中，盖板160被压制成与形成到壳体126中的凹槽接合。

显然，鉴于以上教导，本申请的许多修改和变化是可能的。因此，将理解，在所附权利要求书的范围内，可通过除了具体描述的方式之外的其他方式实践本申请。还应了解，术语“上部”、“下部”和“底部”是参考在图中示出的本申请的赋能实施方案的取向，而不打算需要任何特定取向。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。

Claims (13)

1.一种球形接头组件，所述球形接头组件包括：

壳体，所述壳体具有包围内孔的内壁，所述内孔沿中央轴线延伸；

球头螺栓，所述球头螺栓具有球部分和柄部分，所述球部分被接纳在所述壳体的所述内孔中，所述柄部分穿过所述壳体的开放端从所述内孔突出，其中，所述球部分与所述壳体的所述内壁之间的接触是间隙配合；

第一预加载构件和第二预加载构件，所述第一预加载构件和所述第二预加载构件在所述球部分的相对的轴向侧上设置在所述内孔中并且与所述球部分直接接触；

所述预加载构件具有弹性体材料；并且

所述预加载构件中的至少一个预加载构件被压缩以将所述球部分推到中央位置。

2.根据权利要求1所述的球形接头组件，其中所述第一预加载构件和所述第二预加载构件具有相同构造。

3.根据权利要求2所述的球形接头组件，其中所述预加载构件中的每个预加载构件的形状是环形的并且环绕所述中央轴线。

4.根据权利要求3所述的球形接头组件，其中所述预加载构件中的每个预加载构件具有波纹状顶部和波纹状底部，所述波纹状顶部具有多个峰部和多个谷部，所述波纹状底部具有多个峰部和多个谷部。

5.根据权利要求4所述的球形接头组件，其中，对于所述预加载构件中的每个预加载构件，所述波纹状顶部的所述峰部与所述波纹状底部的所述峰部周向对准，并且所述波纹状顶部的所述谷部与所述波纹状底部的所述谷部周向对准。

6.根据权利要求5所述的球形接头组件，其中所述预加载构件中的每个预加载构件具有面向所述中央轴线的内表面，并且其中所述内表面在所述峰部上径向向外逐渐缩减。

7.根据权利要求1所述的球形接头组件，其中所述预加载构件中的每个预加载构件被制成单块弹性体材料。

8.根据权利要求1所述的球形接头组件，其中所述壳体经过变形以将所述球头螺栓的所述球部分和所述预加载构件捕获在所述壳体的所述内孔中。

9.一种制作球形接头组件的方法，所述方法包括以下步骤：

制备具有内孔、包围内孔的内壁和至少一个开放端的壳体；

将第一预加载构件***到所述内孔中；

将球头螺栓的球部分***到所述内孔中，并且使得所述球头螺栓的柄部分通过所述至少一个开放端延伸出所述内孔，其中，所述球部分与所述壳体的所述内壁之间的接触是间隙配合；

将第二预加载构件***到所述内孔中；

压缩所述第一预加载构件和所述第二预加载构件中的至少一个预加载构件以向所述球头螺栓的所述球部分施加偏置力，其中，预加载构件与所述球部分直接接触；以及

闭合所述壳体以将所述第一预加载构件和所述第二预加载构件以及所述球头螺栓的所述球部分捕获在所述内孔中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中压缩所述第一预加载构件和所述第二预加载构件中的所述至少一个预加载构件的步骤与闭合所述壳体的步骤是同时的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中闭合所述壳体以将所述第一预加载构件和所述第二预加载构件以及所述球头螺栓的所述球部分捕获在所述内孔中的步骤包括型锻所述壳体的端部。

12.根据权利要求10所述的方法，其中闭合所述壳体以将所述第一预加载构件和所述第二预加载构件以及所述球头螺栓的所述球部分捕获在所述内孔中的步骤包括使盖板与所述壳体接合。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述预加载构件中的每个预加载构件具有波纹状顶部和波纹状底部。