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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelgelenkvorrichtung, die in Verbindungsabschnitten von mechanischen Elementen und dergleichen bei verschiedenen Maschinen verwendet wird. Genauer ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, die in der Lage ist, ein Vibrations-/Schiebemoment und einen elastischen Hub zu reduzieren.
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Stand der Technik
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Bei einem Fahrzeugstabilisator wird ein Stabilisatorstab mit Aufhängungseinrichtungen eines Fahrzeugs gekoppelt und der Fahrzeugstabilisator hat die Funktion, eine Fahrzeugstellung unter Nutzung einer Torsionsreaktionskraft des Stabilisatorstabes zu stabilisieren. Beispielsweise sind bei einem Fahrzeugstabilisator die beiden in U-Form geformten Enden des Stabilisatorstabes mit Funktionsabschnitten der Aufhängungseinrichtungen gekoppelt und die Torsionsabschnitte des Stabilisatorstabes sind an Befestigungselementen eines Fahrzeugrahmens befestigt, so dass er zur Aufnahme der Torsionsreaktionskraft konfiguriert ist.
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US 2002 / 0 146 277 A1 beschreibt ein Kugelgelenk, das mit einem Kugelzapfen mit einem kugelförmigen Kopfabschnitt in einem Endabschnitt, einem Kugelsitz, an dem der kugelförmige Kopfabschnitt gleitend angebracht ist, wodurch der Kugelzapfen universell schwenkbar ist, und einem Gehäuse, das den Kugelsitz aufnimmt, versehen ist, wobei das Gehäuse so aufgebaut ist, dass ein zylindrischer Hauptkörperabschnitt mit geschlossenem Ende und ein Flanschabschnitt, der sich von einem Kantenabschnitt des Hauptkörperabschnitts in radialer Richtung nach außen erstreckt, gemäß der Blechverarbeitung geformt werden.
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Eine Kugelgelenkvorrichtung zum Verbinden eines Stabilisators, einer Strebe, eines Armes und dergleichen wird als eine Vorrichtung verwendet, die einen Fahrzeugstabilisator bildet (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr.
JP 3 168 229 B2 und das japanische Patent Nr.
JP 3 369 659 B2 .
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7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Kugelgelenkvorrichtung veranschaulicht. Wie 7 zeigt, enthält die Kugelgelenkvorrichtung 310 ein Stabelement 311 und Gehäuse 312, die an den Endabschnitten dieses Stabelements 311 integriert vorgesehen sind. Verformungsrandabschnitte 314 sind jeweils sowohl am rechten als auch am linken Seitenabschnitt des Stabelements 311 vorgesehen.
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Wie 8 zeigt, umfasst das Gehäuse 312 eine Lagerschaleneinsetzeinheit 320, die in eine zylindrische Form gezogen ist und eine an einem Endabschnitt der Lagerschaleneinsetzeinheit 320 angeordnete Bodenfläche 321 aufweist. Ein Flanschabschnitt 323 ist an einem Öffnungsabschnitt der Lagerschaleneinsetzeinheit 320 vorgesehen. Eine Vielzahl von Löchern 324 ist durch die Bodenfläche 321 gestanzt.
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Eine Lagerschale 330 ist in der Lagerschaleneinsetzeinheit 320 aufgenommen. Diese Lagerschaleneinsetzeinheit 330 ist aus thermoplastischem Kunstharz hergestellt und umfasst eine eingesenkte sphärische Oberfläche 331 und eine äußere Umfangsfläche 332.
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Ein Kugelkopfabschnitt 341 eines Kugelzapfens 340 steht mit der eingesenkten sphärischen Oberfläche 331 der Lagerschale 330 drehbar in Eingriff. Der Kugelzapfen 340 umfasst nicht nur den Kugelkopfabschnitt 341, sondern auch einen Gewindeabschnitt 342 und einen Abschnitt 343 mit großem Durchmesser, und eine Staubkappe 345 ist zwischen einem Flanschabschnitt 344 und dem Abschnitt 343 mit großem Durchmesser der Lagerschale 330 vorgesehen.
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Wenn bei der so konfigurierten Kugelgelenkvorrichtung die Aufhängung des Fahrzeugs einen Bewegungshub ausführt, führen der Kugelzapfen 340 und die Lagerschale 330 eine Vibrations-/Gleitbewegung aus. Die Charakteristik während der Schwingungs-/Gleitbewegung ist als ein Schwingungs-/Gleitmoment oder ein Schwingungsbewegungsmoment und ein Drehmoment definiert.
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Der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 312 ist so gebildet, dass er kleiner ist als der Außendurchmesser der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale 330, so dass die Lagerschale 330 unter Nutzung der elastischen Kraft ausreichend in dem Gehäuse 312 befestigt ist. Eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 312 und der Außendurchmesser der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale 330 wird als Verengungsmaß bezeichnet.
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In der jüngeren Vergangenheit wuchs der Bedarf, in der Aufhängung auftretende Reibung zu reduzieren, um den Fahrkomfort zu verbessern, und es ist erforderlich, das Schwingungs-/Gleitmoment der Kugelgelenkvorrichtung, d.h. eines der Aufhängungsbauteile zu reduzieren. Wenn das Verengungsmaß groß ist, wird die Lagerschale 330 ins Innere des Gehäuse 312 gepresst, was den Spalt zwischen der Lagerschale und dem Zapfen reduziert und das Schwingungs-/Gleitmoment (beispielsweise 1,6 Nm oder mehr) erhöht, was den Fahrkomfort verschlechtert. Daher wird eine Lagerschale einer Bauart mit niedrigem Moment (beispielsweise 1,0 Nm oder weniger) in Betracht gezogen, welche den Fahrkomfort durch Reduzierung des Verengungsmaß des verbessert.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Eine Kugelgelenkvorrichtung, die die vorstehend erläuterte Lagerschale der Bauart mit niedrigem Moment verwendet, hat die folgenden Probleme. Das heißt, dass die Lagerschale eine Kunstharzkomponente ist, die durch Spritzguss hergestellt wird, und daher wird bedingt durch die thermische Schrumpfung während des Formvorgangs der Außendurchmesser der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale inkonstant und die Lagerschale hat eine konische Form, die zur Öffnungsseite hin verläuft. Im Gegensatz dazu hat, wie 8 zeigt, die innere Umfangsfläche des vertieften Abschnitts des Gehäuses eine gerade Form (der Innendurchmesser ist konstant).
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9 ist eine erläuternde Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses (R) und einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale veranschaulicht. Eine herkömmliche Lagerschale (Qa) hat ein ausreichendes Verengungsmaß und daher ist ein Bereich groß, in welchem die Lagerschale und das Gehäuse in engem Kontakt miteinander stehen, was die Lagerung stabilisiert. In der Lagerschale (Qb) der Bauart mit niedrigem Moment, bei welcher das Verengungsmaß klein ist, ist der Spalt zwischen der Lagerschale und dem Gehäuse in einigen Abschnitten übermäßig groß (elastischer Hub) und der Kontakt zwischen dem Kugelzapfen und der Lagerschale wird punktuell (X). Dies äußert sich als Rattern und kann ein Faktor sein, der unangenehme Geräusche und Vibrationen verursacht. Es sei angemerkt, dass der elastische Hub eine Verformung bei Anlegen einer Last ist.
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Die 10 und 11 sind erläuternde Diagramme, die die Beziehung zwischen Last und Verformung vor und nach einer Dauerfestigkeitsprüfung einer Kugelgelenkvorrichtung veranschaulichen und einen Fall einer gewöhnlichen Lagerschale und einen Fall einer Lagerschale der Bauart mit niedrigem Moment vergleichen. Wenn die innere Umfangsfläche des Gehäuses konstant ist, nimmt das Ausmaß des elastischen Hubes zu, wenn das Verengungsmaß bei Verwendung der Lagerschale der Bauart mit niedrigem Moment abnimmt, und nach dem Test ist die Lagerschale verformt, was Rattern verursacht.
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12 ist ein erläuterndes Diagramm, das das Verengungsmaß und das Vibrations-/Gleitmoment des Gehäuses und der Lagerschale zeigt, die in der Kugelgelenkvorrichtung enthalten sind. Es ist zu erkennen, dass dann, wenn das Verengungsmaß vermindert wird, das Vibrations-/Gleitmoment abnimmt. 13 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verengungsmaß und einen elastischen Hub des Gehäuses und der Lagerschale zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert sind. Es ist zu erkennen, dass dann, wenn das Verengungsmaß vermindert wird, das Ausmaß des elastischen Hubes zunimmt.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelgelenkvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Vibrations-/Gleitmoment zu reduzieren, ohne dass ein elastischer Hub erhöht wird.
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Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe enthält in einer Kugelgelenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Kugelgelenkvorrichtung eine Lagerschale, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist und eine eingesenkte sphärische Oberfläche und eine äußere Umfangsfläche hat; einen Kugelzapfen, der einen Kugelkopfabschnitt hat, der mit der eingesenkten sphärischen Oberfläche drehbar in Eingriff steht; und ein Gehäuse, das eine Lagerschale aufnehmen kann, die von einem Öffnungsabschnitt zu einem Bodenabschnitt hin eingesetzt wird, und einen vertieften Abschnitt aufweist, in welchem eine innere Umfangsfläche desselben mit einer äußeren Umfangsfläche der Lagerschale in Eingriff steht, wobei ein Außendurchmesser der äußeren Umfangsfläche von der Bodenfläche zu dem Öffnungsabschnitt hin zunimmt und ein Bereich vorhanden ist, in welchem ein Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche von der Bodenfläche zu dem Öffnungsabschnitt mindestens zunimmt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die Aufhängungsvorrichtungen von Vorderrädern eines Fahrzeugs und einen Fahrzeugstabilisator veranschaulicht, in welchen eine Kugelgelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist.
- 2 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht, die die Kugelgelenkvorrichtung zeigt.
- 3 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale und einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines in die Kugelgelenkvorrichtung integrierten Gehäuses veranschaulicht.
- 4 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale und einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses gemäß einer ersten Modifikation zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert ist.
- 5 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale und einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses gemäß einer zweiten Modifikation zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert ist.
- 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale und einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses gemäß einer dritten Modifikation zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert ist.
- 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Kugelgelenkvorrichtung veranschaulicht.
- 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein in die Kugelgelenkvorrichtung integriertes Gehäuse zeigt.
- 9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche einer Lagerschale und einem Innendurchmesser einer inneren Umfangsfläche eines in die Kugelgelenkvorrichtung integrierten Gehäuses zeigt.
- 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen Last und Verformung vor und nach einer Prüfung der Kugelgelenkvorrichtung veranschaulicht und einen Fall einer gewöhnlichen Lagerschale und einen Fall einer Lagerschale der Bauart mit geringem Moment vergleicht.
- 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen Last und Verformung vor und nach der Prüfung der Kugelgelenkvorrichtung veranschaulicht und den Fall der gewöhnlichen Lagerschale und den Fall der Lagerschale der Bauart mit geringem Moment vergleicht.
- 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verengungsmaß und einem Vibrations-/Gleitmoment der Lagerschale und des Gehäuses zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert sind.
- 13 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Verengungsmaß und einem elastischen Hub der Lagerschale und des Gehäuses zeigt, die in die Kugelgelenkvorrichtung integriert sind.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die Aufhängungsvorrichtungen 200 von Vorderrädern eines Fahrzeugs und einen Fahrzeugstabilisator 100 zeigt, in welchem eine Kugelgelenkvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. 2 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht, die die Kugelgelenkvorrichtung 10 veranschaulicht.
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Wie 1 zeigt, umfasst der Fahrzeugstabilisator 100 einen Stabilisatorstab 101, der aus einem hohlen Element hergestellt ist, Befestigungselemente 102 zur Befestigung des Stabilisatorstabes 101 an einem Rahmenabschnitt (nicht dargestellt) des Fahrzeugs und Stabilisatorstreben 110, die jeweils ein vorderes Ende 101a des Stabilisatorstabes 101 mit der Aufhängungsvorrichtung 200 verbinden. Die Kugelgelenkvorrichtung 10 bildet einen Teil der Stabilisatorstrebe 110.
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Wie 2 zeigt, enthält die Kugelgelenkvorrichtung 10 ein Metallgehäuse 12. Das Gehäuse 12 ist ein pressgeformtes Produkt, das aus einer Metallplatte, wie etwa einer Stahlplatte, hergestellt ist, und wird durch Tiefziehen geformt.
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Das Gehäuse 12 weist eine Lagerschaleneinsetzeinheit (vertiefter Abschnitt) 20 auf, die in eine zylindrische Form gezogen ist, eine Bodenfläche 21, die an einem Endabschnitt der Lagerschaleneinsetzeinheit 20 angeordnet ist, sowie eine innere Umfangsfläche 22. Ein Flanschabschnitt 24 ist an einem Öffnungsabschnitt 23 der Lagerschaleneinsetzeinheit 20 vorgesehen. Eine Vielzahl von Löchern 25 ist durch die Bodenfläche 21 gestanzt. Ein Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche 22 ist von der Bodenfläche 21 bis zu einem mittleren Abschnitt 22a konstant und der Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche 22 nimmt von dem mittleren Abschnitt 22a zu dem Öffnungsabschnitt 23 hin zu.
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In der Lagerschaleneinsetzeinheit 20 ist eine Lagerschale 30 untergebracht. Beispielsweise ist diese Lagerschale 30 aus thermoplastischem Kunstharz hergestellt, wie etwa Polyacetal und Polybutylenterephthalat, und ist in zylindrischer Form mit einem Boden geformt. Die Lagerschale 30 hat eine vertiefte sphärische Oberfläche 31 in ihrem Inneren und hat Vorsprünge 32 und eine äußere Umfangsfläche 33 am Bodenabschnitt. Ein Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche 33 erstreckt sich von der Bodenfläche 21 zum Öffnungsabschnitt 23.
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Wie 2 zeigt, sind an der Bodenfläche der Lagerschale 30 mehrere Vorsprünge 32 an den Löchern 25 entsprechenden Positionen vorgesehen. Nachdem der Vorsprung 32 in das Loch 25 eingeführt wurde, wird ein Abschnitt 32a des Vorsprungs 32, der aus dem Loch 25 nach außen vorsteht, durch Anlegen von Wärme von außen oder durch Anlegen von Wärme durch Hochfrequenzinduktion erweicht und der Abschnitt 32a wird in axialer Richtung zusammengedrückt, wodurch die Lagerschale 30 am Gehäuse 12 befestigt wird.
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Ein Kugelkopfabschnitt 41 eines Kugelzapfens 40 steht mit der eingesenkten sphärischen Oberfläche 31 der Lagerschale 30 drehbar in Eingriff. Der Kugelzapfen 40 umfasst nicht nur den Kugelkopfabschnitt 41, sondern auch einen Gewindeabschnitt 42 und einen Abschnitt 43 mit großem Durchmesser.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird hier die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche 22 des Gehäuses 12 und dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale 30 erläutert.
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Der Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche wird so geformt, dass er geringer ist als der Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche auf der Seite der Bodenfläche des vertieften Abschnitts, und wird so geformt, dass er größer ist als der Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche auf der Seite des Öffnungsabschnitts des vertieften Abschnitts.
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Mit dieser Konfiguration kann ein örtlich begrenzter Kontakt vermieden werden und das Verengungsmaß wird insgesamt reduziert. Die Zunahme des elastischen Hubes kann unterdrückt werden. Als Resultat ergibt sich der Effekt der Verbesserung des Fahrkomforts des Fahrzeugs (insbesondere im Bereich sehr kleiner Amplituden). Es sei angemerkt, dass das gewöhnliche Gleitmoment/Drehmoment vorzugsweise gleich oder kleiner als 1,0 Nm ist.
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Durch Steuerung des Verengungsmaßes wie vorstehend beschrieben können nicht nur das gewöhnliche Gleitmoment/Drehmoment und der elastische Hub, sondern auch die Last ohne den Zapfen und dergleichen auf gewünschte Werte eingestellt werden. Zusätzlich können ein Konusanfangspunkt, ein Konuswinkel und die Anzahl der Konen ebenfalls verändert werden.
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Es sei angemerkt, dass das Gehäuse 12 pressgeformt ist und ohne spanende Bearbeitung geformt werden kann. Daher ist es nicht erforderlich, die vorhandene Fertigungslinie stark zu modifizieren, und die aktuellen Herstellungskosten und die aktuellen Produktkosten können auf ein Minimum reduziert werden.
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Die 4 bis 6 ändern variierend eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche und veranschaulichen ein Beispiel, bei dem der Fahrkomfort im Detail eingestellt werden kann. Bei jeder davon können dieselben Effekte wie bei der vorstehenden Ausführungsform erzielt werden.
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In der in 4 veranschaulichten ersten Modifikation wird der Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche so geformt, dass er größer ist als der Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche, und eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche wird so eingestellt, dass die Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche von der Bodenfläche 21 zu dem Öffnungsabschnitt 23 hin monoton zunimmt.
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In der zweiten Modifikation, die in 5 veranschaulicht ist, ist die Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche so eingestellt, dass sie von der Bodenfläche 21 zu dem mittleren Abschnitt konstant ist, und so eingestellt, dass die Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche von dem mittleren Abschnitt zu dem Öffnungsabschnitt hin monoton zunimmt.
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In der dritten Modifikation, die in 6 veranschaulicht ist, ist die Differenz zwischen dem Außendurchmesser G der äußeren Umfangsfläche und dem Innendurchmesser N der inneren Umfangsfläche von der Bodenfläche 21 zum Öffnungsabschnitt konstant.
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Wie vorstehend beschrieben kann bei dem Stabilisatorstab 20, der in den Fahrzeugstabilisator 10 gemäß vorliegender Erfindung integriert ist, auch dann, wenn ein hohles Element zur Gewichtsreduzierung verwendet wird, die Hauptbelastung gleichmäßiger gemacht werden, wie bei einem Element aus Vollmaterial, und zwar unter Verwendung einer einfachen Konstruktion und eines einfachen Herstellungsverfahrens.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Es versteht sich, dass es möglich ist, die vorliegende Erfindung durch Anwendung von Modifikationen in vielfältiger Weise auszuführen, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine Kugelgelenkvorrichtung kann geschaffen werden, die in der Lage ist, das Vibrations-/Gleitmoment zu reduzieren, ohne den elastischen Hub zu erhöhen.
