镶嵌式球接头的制作方法

镶嵌式球接头


背景技术：

1.镶嵌式球接头通常用于车辆中，以将上、下控制臂连接至转向节。镶嵌式球接头还用在车辆转向系统中，以将拉杆连接至转向节。由镶嵌式球接头提供的3轴铰接(即旋转)允许车轮对准，即对主销后倾角、前轮外倾角和轮胎缘距进行调整，而不会施加会由固定轴接头产生的过大载荷。
2.对于拉杆，不需要围绕所有3个轴的铰接，并且围绕所有3个轴的铰接可导致不良的性能特征。具体而言，围绕所有3个轴的不受限制的铰接使拉杆在车辆运行期间摆动(来回摇摆)，这会产生噪音。此外，螺柱与外壳在铰接极限处的接合导致增加磨损的载荷集中，从而降低了镶嵌式球接头的使用寿命。


技术实现要素：

3.根据本发明的方面的镶嵌式球接头的第一代表性实施方式包括限定内部腔室的外壳。狭槽形成在外壳的第一端并且限定第一引导表面和第二引导表面。内部腔室包括凹形表面。镶嵌式球接头还包括与狭槽滑动地接合的环形套筒。球螺柱包括轴承部，该轴承部设置在腔室内并且尺寸设计成至少部分地由凹形表面接纳。球螺柱还包括细长螺柱部，该细长螺柱部从轴承部延伸穿过环形套筒以限定第一轴线。
4.在一些实施方式中，球螺柱能够相对于环形套筒围绕第一轴线旋转。
5.在一些实施方式中，环形套筒包括在套筒的外表面上的第一平坦轴承表面和第二平坦轴承表面。
6.在一些实施方式中，第一平坦轴承表面和第二平坦轴承表面分别可滑动地接合第一引导表面和第二引导表面，以防止环形套筒围绕第一轴线的旋转。
7.在一些实施方式中，球螺柱还限定垂直于第一轴线的第二轴线，第二轴线平行于第一引导表面并穿过球形部分的中心，其中，环形套筒与第一引导表面和第二引导表面的接合防止轴承螺柱围绕第二轴线的旋转。
8.在一些实施方式中，球螺柱还限定垂直于第一轴线和第二轴线并穿过球形部分的中心的第三轴线，其中，轴承螺柱可围绕第三轴线旋转。
9.在一些实施方式中，随着轴承螺柱围绕第三轴线旋转，环形套筒滑动地接合狭槽。
10.在一些实施方式中，轴承螺柱的旋转受到环形套筒与狭槽的第一端和第二端之间的接触的限制。
11.在一些实施方式中，轴承螺柱能围绕第三轴线旋转10
°
至60
°
的范围。
12.在一些实施方式中，环形套筒包括与第一引导表面和第二引导表面接合的第一平坦轴承表面和第二平坦轴承表面。
13.根据本发明的方面的镶嵌式球接头的第二代表性实施方式包括外壳，该外壳限定球形内部腔室并且具有在第一端处形成的狭槽。狭槽的侧面限定第一引导表面和第二引导表面。镶嵌式球接头包括具有球形轴承部和细长螺柱部的球螺柱。球形轴承部设置在腔室内。细长螺柱部从球形轴承部延伸穿过狭槽。镶嵌式球接头还包括环绕细长螺柱部并滑动
地接合狭槽的环形套筒。
14.在一些实施方式中，环形套筒包括设置在外壳的球形内部腔室内的球形表面和延伸穿过狭槽的圆柱形部分。
15.在一些实施方式中，圆柱形部分包括与狭槽的第一引导表面和第二引导表面滑动地接合的平行的平坦表面。
16.在一些实施方式中，外壳具有设置在圆柱形主体内的承窝，该承窝和圆柱形主体配合以限定球形内部腔室。
17.在一些实施方式中，镶嵌式球接头还包括定位在承窝的凹形凹槽上的耐磨板。
18.提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。该发明内容部分不旨在标识所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
19.当结合附图时，通过参考以下详细描述，由于本发明的前述方面和许多伴随优点变得更容易理解，故其变得更容易领会，其中：
20.图1是根据本发明的镶嵌式球接头的代表性实施方式的俯视等距视图；
21.图2是其仰视等距视图；
22.图3是其分解图；
23.图4是其俯视平面图；
24.图5是如图4所指出的其剖视图；和
25.图6是如图4所指出的其剖视图。
具体实施方式
26.提供了镶嵌式球接头，其中，球螺柱相对于外壳的平移在所有方向上均受限。球螺柱相对于外壳围绕第一轴线的旋转不受限制，具有相对于外壳围绕第二轴线的受限制的旋转，并且被限制相对于外壳围绕第三轴线的旋转。
27.参照图1和图2，示出了镶嵌式球接头20的代表性实施方式。镶嵌式球接头20包括部分地设置在外壳80内的轴承螺柱30。更具体地，轴承螺柱30包括设置在外壳80内的轴承部40和从轴承部延伸穿过形成在外壳中的狭槽86的细长螺柱部50。套筒70环绕轴承螺柱30的靠近狭槽86的螺柱部50。如将进一步详细说明的，套筒70接合狭槽86的壁以限制轴承螺柱30相对于外壳80的旋转。
28.如在图3至图6中最佳示出的，轴承螺柱30的轴承部40具有球帽的总体形状，即，被平面截断的球。在这方面，轴承部40包括球形表面42和平坦表面44。应当理解，本文所用的术语“球形表面”不要求表面限定完整的球体，而是可以仅限定球体的一部分。球形表面42具有中心点200，该中心点是轴承螺柱30的旋转中心并且因此是镶嵌式球接头20的旋转中心。
29.在一些实施方式中，可选地沿着轴承部40的球形表面42形成润滑路径46。当装配了镶嵌式球接头20时，润滑路径46允许润滑剂(例如润滑油)沿着球形表面分布。在所示的实施方式中，润滑路径46采用沿着球形表面周向形成的凹槽的形式。应当理解，示出的润滑
路径仅是示例性的，并且润滑路径可以采用任何合适的配置。在一些实施方式中，润滑路径46也或可替代地形成在外壳80中。在其他实施方式中，轴承螺柱30是干式轴承。
30.轴承螺柱30的螺柱部50从轴承部40的平坦表面44沿垂直方向延伸。在所示的实施方式中，螺柱部50包括靠近轴承部40的圆柱形部分52和从圆柱形部分同轴延伸的截头圆锥部54。截头圆锥部54从靠近圆柱形部分52的第一直径渐缩到远离圆柱形部分的第二较小直径。螺纹部56从截头圆锥部54的远端同轴地延伸。螺纹部56是其上形成有外螺纹58的圆柱形元件，并且可选的键特征件60形成在螺纹部的端部。
31.在图示的实施方式中，细长部50通常以拉杆端的方式配置。截头圆锥部54的尺寸和配置设计成接纳在转向节的锥形孔中，并用与螺纹位置的螺纹58接合的螺母固定就位。在所示的实施方式中，键特征件60的尺寸被设置成接纳六角键，该六角键在螺柱固定到螺纹部56上时防止轴承螺柱30旋转。可以理解，图示的键特征件60仅是示例性的，并且该键特征件可选地配置成接纳梅花头扳手、螺丝刀或任何其他固位工具。此外，键特征件60可以是外部特征件，例如被配置成容纳在扳手或其他合适工具内的六角形特征件。
32.仍然参照图3至6，外壳80包括圆柱形主体82，该圆柱形主体在第一端开口并且在第二端处由围合部84部分地覆盖。细长的狭槽86形成为穿过围合部84。狭槽86具有由平行的平坦表面88限定的宽度w和由平行的表面90限定的长度l。在图示的实施方式中，表面90是平坦的。在其他实施方式中，表面是弯曲的。如图5和6最佳所示的，围合部84的内侧限定球形表面92，该球形表面具有的半径对应于轴承螺柱30的轴承部40的上述球形表面42的半径。
33.在所示例的实施方式中，外壳80被配置为插入部件(例如拉杆)的圆柱形孔中。外壳80可以通过压配合、机械紧固、焊接或任何其他合适的配置或配置的组合而固定到部件。在一些实施方式中，一个或多个外壳元件与镶嵌式球接头20待附接到的部件一体地形成。可以理解，所公开的外壳配置仅是示例性的，并且设想了适应于各种类型的部件的不同附接配置的替代实施方式。
34.再次参考图3至图6，承窝100具有圆柱形主体102，该圆柱形主体的尺寸设计成可接纳在外壳80的开口端内。承窝100通过多个紧固件96固定至外壳80，该多个紧固件与形成在圆柱形主体102中的孔106和外壳中的相应孔94结合。润滑配件110安装在形成在承窝100的底部中的凹槽内，并且与外壳的内部流体连通。o形环112将外壳80与承窝100的接合进行密封。
35.球形凹槽104形成在圆柱形主体102的顶部中。类似于围合部84内部的球形表面92，承窝100的球形凹槽104具有的半径对应于前述轴承螺柱30的轴承部40的球形表面42的半径。如图5和图6最佳地所示的，当承窝100安装在外壳80内时，外壳和承窝配合以形成内部腔室120。围合部84内部的球形表面92和承窝100的球形凹槽104使内部腔室120具有基本上球形形状，该球形形状的尺寸被设计成可接纳轴承螺柱30的轴承部40。
36.耐磨板114的尺寸和配置被设计成接纳在承窝100的球形凹槽104内。耐磨板114包括凹球形部分116和从球形部分的边缘径向延伸的平坦部118。耐磨板114的球形部分116位于承窝100的球形凹槽104内，并且平坦部118围绕凹槽的周边接合承窝100，以保持耐磨板相对于承窝的定向。
37.套筒70包括中央孔72，该中央孔的尺寸设计成接纳轴承螺柱30的圆柱形部分52。
套筒70的上部具有圆柱形表面74。平行的平坦表面76形成在圆柱形表面74的相对侧上。平坦表面76间隔开以设置在狭槽86的表面88之间。套筒70的下部具有球形表面78，该球形表面78具有的半径对应于围合部84内部的球形表面92的半径。
38.如图5和6所示，在轴承螺柱30的螺柱部50延伸穿过套筒70的情况下，轴承螺柱30的轴承部40的球形表面42和套筒的球形表面78具有共同的中心200和共同的半径。结果，球形表面42和78配合以充当单一球形表面。具体参照图5，外壳80的球形表面92和承窝100的(或更具体地，耐磨板114的)球形表面104也具有共同的中心200和共同的半径，该共同的半径对应于球形表面42和78的半径。
39.现在参考图3、图5和图6，镶嵌式球接头20具有坐标系，其原点位于中心点200。第一轴线202与轴承螺柱30的螺柱部50的中心线重合。第二轴线204垂直于第一轴线202并且平行于狭槽86的长度l的方向。第三轴线206垂直于第一轴线202和第二轴线204，即平行于狭槽86的宽度w的方向。
40.由于外壳80和承窝100配合以限制轴承部40和套筒70沿着第一轴线202、第二轴线204和第三轴线206移动，所公开的配置防止轴承螺柱30相对于外壳80在所有方向上的平移。
41.轴承螺柱30可相对于套筒70绕轴线202旋转。由于套筒70的侧面上的平坦表面76与沿着狭槽86的纵向边缘延伸的平坦表面88的接合，套筒70进而围绕轴线202相对于外壳80可旋转地固定。因此，轴承螺柱30可相对于外壳80绕轴线202旋转。
42.相对于轴线204，轴承螺柱30可相对于外壳80旋转；然而，轴承螺柱的挥动受套筒70和狭槽86的端部的限制。当轴承螺柱30绕轴线204旋转时，套筒70沿着狭槽86滑动，直到套筒接触狭槽的端部。套筒70与狭槽86的端部的接合防止了轴承螺柱30在狭槽的该端部围绕轴线204的进一步旋转。以这种方式，轴承螺柱30围绕轴线204的铰接(即球螺柱的铰接)由套筒70和狭槽86的几何形状确定。因此，球螺柱的总铰接是轴承螺柱从(1)套筒70与狭槽86的一端接触的位置到(2)套筒与狭槽另一端接触的位置围绕轴线204的旋转。在一些实施方式中，轴承螺柱30围绕轴线204的总铰接为约35
°
。在一些实施方式中，轴承螺柱30围绕轴线204的铰接在10
°
至60
°
的范围内。铰接可以相对于中间位置对称，即
±
x
°
，或不对称，其中，轴承螺柱在另一方向上进一步铰接。应当理解，通过改变套筒70和狭槽86的几何形状，可以提供对于特定应用所需的总铰接和铰接的对称性。
43.通过套筒70的侧面上的平坦表面76与沿着狭槽86的长度延伸的平坦表面88的接合，防止了轴承螺柱30相对于外壳80围绕轴线206的旋转。尽管套筒与狭槽的接合有效地防止了轴承螺柱30相对于外壳80围绕轴线206的旋转，然而，可以理解，在套筒70和狭槽86之间将存在一些小间隙，以应对制造公差并防止粘结。因此，绕轴线206的在至多3
°
的范围内的一些小度数的旋转是可能的，并且认为在该范围内有效地防止了旋转。
44.当与典型的拉杆一起使用时，所公开的镶嵌式球接头20提供与典型的拉杆端部接头相同的功能，不同之处在于镶嵌式球接头去除了一个旋转自由度。这种受限的运动防止拉杆在车辆运行期间摆动和发出噪音。另外，套筒70的平坦表面76与狭槽的大的平坦接触表面88的接合更有效地将载荷从轴承螺柱30分配到外壳80，以减少轴承磨损。
45.在所图示的实施方式中，轴承螺柱30、外壳80和套筒70优选地由硬化钢制成；然而，可以理解，也可以使用具有合适的强度、耐久性和疲劳特性的其他材料，并且这种变型
应被认为在本发明的范围内。耐磨板114优选地由例如工具钢的材料制成，该材料提供具有减小的摩擦的合适的耐磨表面。在这方面，设想了使用具有适当的强度、耐久性和疲劳特性的组合的任何材料与适当的摩擦系数进行组合的实施方式。
46.上面结合附图阐述的具体描述，其中相同的附图标记指代相同的元件，旨在作为对本发明的各种实施方式的描述，而并非旨在表示唯一的实施方式。提供本发明中描述的每个实施方式仅作为示例或说明，并且不应被解释为比其他实施方式优选或有利。本文提供的说明性示例并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。
47.在前面的描述中，阐述了具体细节以提供对本发明的示例性实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在不体现所有具体细节的情况下实施本文公开的实施方式。此外，可以理解，本发明的实施方式可以采用本文描述的特征的任何组合。
48.本技术可以指代数量和数字。除非特别说明，否则这些数量和数字不应被认为是限制性的，而是与本技术相关联的可能数量或数字的示例。同样，在这方面，本技术可以使用术语“多个”来指代数量或数字。在这方面，术语“多个”是指大于一个的任何数字，例如，两个，三个，四个，五个等。术语“大约”、“近似”等是指所述值的
±
5％。
49.出于本发明的目的，短语“a和b中的至少一个”等同于“a和/或b”，反之亦然，即，单独的“a”，单独的“b”，或“a和b”。类似地，短语“a、b和c中的至少一个”例如是指(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b和c)，其包括列出的多于三个的元件时的所有进一步可能的排列。
50.在整个说明书中，可以使用技术术语。这些术语应具有其所属领域的通常含义，除非在此明确定义，或者它们使用的上下文将另外明确指出。
51.在前面的描述中已经描述了本发明的原理、代表性实施方式和操作模式。然而，本发明的旨在被保护的方面不应被解释为限于所公开的特定实施方式。此外，本文描述的实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的。可以理解，在不脱离本发明的精神的情况下，其他人可以作出变型和变化，并且可以采用等同物。因此，明确地旨在所有这样的变型、变化和等同物都落入所要求保护的本发明的精神和范围内。