CN101263017B - 控制臂及转向节组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包括控制臂和转向节的组件，控制臂和转向节中一个具有带球的第一端，控制臂和转向节中另外一个具有窝，该窝包括轴承结构，该轴承结构形成为环绕所述球的一部分以将所述球紧紧地固定到该窝内。所述控制臂具有卡口构造，以接收第一节，并且第二节直接铸造到该控制臂上。

Description

控制臂及转向节组件
技术领域
本发明涉及一种耦联组件。本申请解释了本发明的实施方式，包括与汽车连接装置——例如用于机动车辆的控制臂/转向节组件相关的实施方式。
背景技术
控制臂用在机动车辆中以帮助支撑并控制机动车辆的各个车轮。通常，能够发现控制臂连接在机动车辆的车架和车轮组件之间，具体是连接在车架和转向节之间。由于多种原因——例如控制臂及其它车辆部件之间连接件的数目及性质、以及性能需求和控制臂上施加的压力，使得控制臂的构造总体特别复杂。
已经通过将一对模压的钢制零件连接到一起或者通过名称为“Hydroformed Control Arm”的WO 03/101767中公开的液压成型方法而形成控制臂。已知的控制臂的其它实施方式在授予Holierhock的美国专利No.6,070,445以及授予Kocer等人的No.6,098,437中公开。
由于高性能需求和压力，所以现有技术的控制臂体积较大。体积大限制了车辆转向装置的转弯半径能力。
转向节通过球形接头以可操作方式接合控制臂。球形接头包括附连到控制臂以及附连到转向节的独立元件。现有技术中与转向机构一起使用的球形接头在授予Bunchner等人的美国专利No.5,556,119以及授予Stuart的No.6,308,970中公开。
Wasylewski等人的美国专利申请公开文献No.2004/0091306公开了用于球形接头的搭扣配合耦联器，以将稳定杆连接到车辆。
发明内容
通过提供带有一体的节的紧凑的控制臂，可克服现有技术的缺点。
本发明的一个方面涉及一种控制臂组件，包括管状钢质体部，该管状钢质体部具有弓形地延伸到第二端的第一端。第一端具有第一节，该第一节设置成安装第一端以绕着第一轴线转动。该体部具有在第一端和第二端的中间刚性地附连到体部的第二节。第二节设置成用于安装控制臂以绕着第一轴线转动。所述第二节限定与所述第一轴线相一致的第二转动轴线。第一端具有卡口构造，以接收衬套组件，并且紧固件保持所述衬套组件。
当结合附图时，从下面的详细说明将会很容易理解本发明的其它方面、特征以及优点，附图是本公开文件的一部分并且通过示例的方式示出了本发明的原理。
附图说明
附图有助于理解本发明的不同实施方式。在这些图中：
图1示出根据本发明一个所示实施方式的车辆悬架装置的控制臂和转向节组件的立体图；
图2示出图1中所示的组件的截面图；
图3示出图1中所示的组件的球形接头连接件的部分截面图；
图4示出图3的组件的分解截面图；
图5示出图1的控制臂组件被分离出来的立体图；
图6示出本发明另一实施方式的分解截面图；
图7示出用于本发明的控制臂的连接件的替代实施方式的立体图；
图8示出本发明的控制臂的另一替代实施方式的立体图；
图9示出本发明的控制臂的又一替代实施方式的立体图。
具体实施方式
图1-5示出以可操作方式接合转向节50的控制臂组件10。控制臂组件包括控制臂20、第一连接节30和第二连接节40。正如现有技术中公知的那样，控制臂20具有三个接合点，控制臂组件10的连接节30和40适于枢转地连接到车辆底盘部分14和16以及/或者其它车辆悬架元件，用于转动连接的第三点包括端部配件60，该端部配件60以球窝接头的形式与转向节50接合，从而连接到车辆车轮18以及/或者其它车辆悬架元件或转向元件。
控制臂20具有管状钢质体部62，体部62在第一端具有连接节30，在相对的远端具有端部配件60。连接节40在第一端和相对的远端中间附连至控制臂20。连接节30限定了控制臂20的转动轴线。连接节40也限定了与连接节30的转动轴线相一致的转动轴线。
控制臂20的形状优选地为弓形，第一端沿着连接节30的转动轴线延伸，并大约弯过90度，使得相对的远端基本上垂直于该转动轴线。
控制臂20的第一端具有第一直径减小部分33和第二直径减小部分35。第一部分提供接收连接节30的支承表面。部分35的外表面加工有螺纹并接收紧固件37。第一端提供用于节30的卡口型安装部。优选地，第一部分33和第二部分35被回转模锻而形成壁厚。
第一连接节30包括衬套组件，衬套组件包括在外套筒27和内套筒25之间延伸的衬套29。第一支架31和第二支架32安装在套筒27上并设置成用于将控制臂20连接到例如车辆底盘的第一部分14。紧固件37将节30保持在控制臂20上。
端部配件60在第一实施方式中大体上为球形的球，通过颈部90连接到体部62。优选地，体部62和端部配件60一体地形成为单件式整体构造。然而，如图7所示，主要部分130可以设置有螺纹部分134并且端部配件60’螺纹连接到主要部分130，主要部分又螺纹连接到管20’的端部中。
控制臂20可由任何合适的管状高强度钢制成，优选由具有至少760Mpa的屈服强度的高强度弹簧钢制成。控制臂20可由名称为“Hydroformed Control Arm”的WO 03/101767中所公开的回转模锻或液压成型方法形成。
应该注意到，这里所公开的实施方式可应用于与这里所示出的控制臂组件形状不同且接头类型不同的多种控制臂组件。
如图所示，连接节40刚性地附连到控制臂20。连接节40将衬套41接收在管状套筒43中。套筒43从腹板臂45一体地延伸，腹板臂从安装套筒47延伸。优选地，连接节40由铝、镁或其它合适金属直接地铸造在控制臂20上。优选的铸造方法在2006年5月19日提交的名称为“ControlledPressure Casting”的PCT申请No.CA 06/000820中公开。其它一些铸造方法在授予Fussnegger的美国专利No.5,381,849以及授予Ruehl等人的No.6,216,763中公开。
第二连接节40将控制臂20枢转地固定到例如车辆底盘的第二部分16。连接节30和40还可将控制臂20枢转地耦联到其它元件——例如车辆悬架元件。
如图3和4清楚示出的，转向节50包括用于端部配件60的互补配件，所述互补配件包括圆形腔或凹入的窝51，该圆形腔或凹入的窝形成转向节50的挖空部分。窝51可以以多种方式形成，包括在转向节制造期间一体地形成或者例如通过钻孔或其它方法而在后加工过程中形成。窝51具有底部70和侧壁72，并且尺寸设置为接收轴承44。
轴承44的外部构造为能够设置在形成转向节50的窝51的凹部中，并且其内部构造设置为当端部配件60位于窝51内时能够对控制臂20的端部配件60提供支承表面。轴承44和窝51形成控制臂20和转向节50之间的球窝接头58的窝部分，控制臂20的端部配件60形成接头58的球部分。
尽管窝51内的轴承44可由多种方式形成并具有多种构造，但轴承44的一个实施方式在图1-5中示出为具有内轴承构件53和外轴承构件54的多件式轴承。内轴承构件53例如可由有机塑料例如尼龙模制形成，然后以压配合固定到窝51中。也可同时采用粘合剂或其它紧固机构或者二者结合从而将整个轴承44固定在窝51中。优选地，轴承构件53的顶部74和侧部76的形状和构造分别与窝51的底部70和侧部72的形状和构造一致。内轴承53的内表面78优选地成形为凹入的球形，从而具有与端部配件60大致相同的形状和构造，使得端部配件60能够在窝51内顶住内表面78平滑地运动。
在所示出的一个构造方式中，当端部配件60插入到窝51中后，将外轴承54固定到窝51中，从而将端部配件60紧固到窝51中。
外轴承54可具有与窝51的侧部72相一致的外表面80以及与其所接触的端部配件60的部分的形状和构造大致相同的凹入内表面82。外轴承54还可具有凸缘84，其压靠住窝51的外径。如图5清楚示出的，外轴承可形成为两个半圆形件54a和54b，这两个件能够在端部配件60插入到窝51中后设置在窝51中。这两个件54a和54b将一起形成与端部配件60的邻近颈部90的部分接触的圆形轴承结构。这两个件54a和54b一旦插入到窝51中后，就可以机械方式或者以粘附方式彼此连接或互锁。一旦装配好后，轴承53和54就形成绕端部配件60的外表面88的大部分的圆形轴承结构，除了与控制臂20的颈部90直接相邻接的区域。从而，轴承44的形状与端部配件60的形状互补，并且以高度有效的空间形成了窝51和端部配件60之间的连接。
轴承构件53和54可由任何合适的轴承材料形成。例如，轴承构件53和54可由聚合物材料例如尼龙、或碳氟聚合物例如TEFLON模制成。
尽管轴承53已经示出为在插入端部配件60之前首先插入到窝51中，但其它构造和方法也是可能的。例如，可以将两个轴承53和54形成在端部配件60上，随后将端部配件60以及轴承53和54插入到窝51之中，使得所得到的端部大致上与图中所示的一样。在这种构造中，轴承54可以是一件式的单体构造。而且，轴承53和54中仅有一个可形成于端部配件60上，并且当端部配件60插入时，这一个轴承也就插入到窝51中。
图1-5所示出的实施方式还包括管状柔性密封件52，其在转向节50以及控制臂20的主要部分62之间延伸，以使任何碎屑远离球窝接头58。从而，密封件52有助于保持端部配件60以及轴承53和54之间的连接尽可能远离所不希望的颗粒，这些颗粒将会妨碍端部配件60在窝内的自由运动并且/或者损害转动的球窝接头58。
密封件52绕控制臂20延伸并具有大体为管状的截面。密封件52在一端处具有延伸到控制臂20中的环形凹部61中的凸缘52a，以将密封件52固定到控制臂20。密封件52的另一端紧紧地抵靠住转向节50的表面，与外轴承54的凸缘84相邻。还可使用粘合剂来将密封件52固定到转向节50和控制臂20。密封件52可通过其它方式——例如大家所公知的附连这种密封件的一些方式附连在控制臂20和转向节50之间。球窝接头58形成后，密封件52可附连到控制臂20。
尽管图1-5的实施方式示出了端部配件60附连到控制臂20，而用于球窝接头58窝部分的互补窝位于转向节50内，但这种情况也可以反过来。即，球窝接头58的窝部分可形成于控制臂20中，而球窝接头58的球部分可形成于转向节50上。
图6示出了转动的球窝接头158的另一实施方式。采用单个轴承144来代替使用轴承53和54的多件式轴承组件。一旦轴承144安装在窝51内并围绕端部配件60，轴承144的形状和构造就将与轴承53和54的大致相同。然而，由于轴承144一体地形成为单件式整体元件，所以整个轴承144可在单个操作中紧固到窝51中。然后，端部配件60可被强制地装配到轴承144中并且被强制安装到承窝51中的与图4所示的最终组件大致相同的位置。当然，轴承144的外端、特别是轴承凸缘184以及轴承144的与轴承凸缘184相邻的区域将充分地弹性变形并允许端部配件60进入到轴承144并进到窝51中，同时复位到原始位置以将端部配件60锁定在窝51内。
轴承144可由与轴承53和54相同的如上所述的材料制成，并且除了轴承44的两件式构造外，轴承144可与轴承44大致相同。而且，具有轴承144的其它设置形式还可包括最初在端部配件60上形成轴承144并且使端部配件60和轴承144一起同时插入到窝51中，同时将轴承144固定在窝51中。
参照图7，示出了形成转向元件和控制臂之间的柔性接头的替代实施方式。端部配件不是回转模锻在管的端部上，管20’具有接收主要部分130的内螺纹。部分130具有螺纹部分132以及螺纹部分134，螺纹部分132与管20’螺纹接合。螺纹部分134以螺纹连接方式接收端部配件60’或者本领域公知的其它转向元件或者控制臂端部配件。壳体130具有环形沟槽61’，环形沟槽61’设置成容纳保护罩52。
该实施方式的优点在于如果端部配件损坏或磨损，能够更换或维修端部配件而不是更换整个控制臂。
参照图8，示出了控制臂20”的替代实施方式。控制臂20”具有第一直径减小部分33和第二直径减小部分35以及铸造的第二节40，与图1-5的实施方式类似。不同形式的端部配件230设置在控制臂20”的远端上。端部配件230可直接铸造在管20”的端部上或者替代地螺纹连接到管20’的端部上。
参照图9，示出了控制臂20
Figure 2006800336694_0
的替代实施方式。控制臂20
Figure 2006800336694_1
具有第一直径减小部分33和第二直径减小部分35以及铸造的第二节40，与图1-5的实施方式类似。控制臂20
Figure 2006800336694_2
具有不同形式的端部配件，包括第一直径减小部分333和第二直径减小部分335，在控制臂20
Figure 2006800336694_3
的两端上提供卡口型的安装部。
优选的制造次序是模锻直管，然后机加工直管以形成工件。该工件然后被弯曲成所需弧度。随后将弯曲的工件放在模具中，接着将节40直接铸造到工件上以形成控制臂20、20’、20”以及20
Figure 2006800336694_4
。
所提议的控制臂20、20’、20”以及20
Figure 2006800336694_5
需要更小的空间和更少的材料并且实现了车辆车轮悬架系统的改善的尺寸公差。因而，与之前的转向节/控制臂接头相比，本申请的所示出的实施方式使得转向节/控制臂接口需要更小的空间、重量更轻、成本更低、零件更少并且组件的尺寸公差得到改善。
已经提供了前述特定实施方式来解释本发明的结构原理和功能原理，这些实施方式不用于限制的目的。相反，本发明旨在包括所附的权利要求范围内所有的改型、变型和替代形式。

Claims (21)

1.一种控制臂组件，包括管状钢质体部，该管状钢质体部具有弓形地延伸到第二端的第一端，所述第一端具有第一节，该第一节设置成安装所述第一端以绕着第一轴线转动，所述第二端具有端部配件，所述体部具有第二节，该第二节在所述第一端和所述第二端的中间刚性地附连到所述体部，所述第二节设置成用于安装所述控制臂以绕着所述第一轴线转动，并且所述第二节限定与所述第一轴线相一致的第二转动轴线。
2.如权利要求1所述的控制臂组件，其中所述第一端具有第一部分和带螺纹的第二部分，所述第一部分接收衬套组件，所述带螺纹部分接收紧固件以将所述衬套组件保持在所述第一端上。
3.如权利要求2所述的控制臂组件，其中所述第一部分的直径小于所述体部的直径，并且所述带螺纹部分的直径小于所述第一部分的直径。
4.如权利要求3所述的控制臂组件，其中所述第二节以铸造材料形成。
5.如权利要求4所述的控制臂组件，其中所述管状钢质体部是高强度弹簧钢。
6.如权利要求5所述的控制臂组件，其中所述弹簧钢的屈服强度为至少760Mpa。
7.如权利要求6所述的控制臂组件，其中所述铸造材料是铝。
8.如权利要求7所述的控制臂组件，其中所述端部配件设置成转动连接到转向元件。
9.如权利要求8所述的控制臂组件，其中所述端部配件是球。
10.如权利要求9所述的控制臂组件，其中所述球一体地形成在所述体部上。
11.如权利要求9所述的控制臂组件，其中所述球与所述体部螺纹地接合。
12.一种由如权利要求1-8中任一项所述的控制臂组件与转向元件形成的结合结构，所述转向元件具有互补配件，用于与所述控制臂的所述端部配件接合，以形成位于所述控制臂和所述转向元件之间的柔性接头。
13.如权利要求12所述的结合结构，其中所述端部配件是球。
14.如权利要求13所述的结合结构，还包括：
轴承，该轴承具有与所述球互补的内部构造以接收所述球，该轴承还具有与所述互补配件互补的外部构造以接收在该互补配件内。
15.如权利要求14所述的结合结构，其中所述轴承由碳氟聚合物或尼龙模制成。
16.如权利要求15所述的结合结构，其中所述轴承是多件式轴承。
17.如权利要求15所述的结合结构，还包括密封件，该密封件从所述转向元件延伸到所述控制臂。
18.如权利要求17所述的结合结构，其中所述互补配件是窝。
19.如权利要求18所述的结合结构，其中所述球一体地形成在所述控制臂的所述体部上。
20.如权利要求18所述的结合结构，其中所述球与所述控制臂的所述体部螺纹地接合。
21.如权利要求20所述的结合结构，其中所述转向元件是转向节。
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