CN101405106A - 球窝接头的预载设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种球窝组件(10)的组装方法，包括将弹性预载垫圈(28)、内轴承(30)、球头螺栓(12)以及外轴承加载于壳体(14)中。加载工具(50)用力压缩作为一个整体的待组装件至过载压缩状态(54)，然后减轻压缩直到达到理想的压缩状态(56)。外轴承(36)被定桩到位，同时加载工具(50)将待组装件保持在理想压缩状态(56)。定桩操作之后，可以移除加载工具(50)，最后的夹持操作将外轴承(36)永久固定到位并保持活动连接件处于所形成的理想的预载公差下。本方法特别适合在高产出率的情况下必须达到精确预载公差的高产装置。

Description

球窝接头的预载设置方法
技术领域
本发明涉及车辆转向及底盘应用中的球窝型接头，特别是涉及组装操作过程中活动连接件之间的预设压缩载荷被锁定的球窝接头。
背景技术
球窝型组件典型应用于车辆转向和/或悬架装置在崎岖不平地带上进行调节运动时需要进行车轮特别是转向轮三维运动的车载场合中。在正常运行过程中，球窝要承受很大的应力。这些应力通过球窝组件的螺栓传递至相关的悬架件，该悬架件可以是转向关节、控制臂、转向拉杆、齿轮齿条单元或其他部件。
在有特定要求的应用场合，例如，举例而言，越野车和商用车的应用场合，有时需要采用金属复合物制造球窝组件中的这些元件。因此，与现有技术结合塑胶和/或弹性体预载活动连接件的轻型结构相比，“全金属”设计可以提高耐用性。
加工期间，将球窝型组件的球头螺栓装入壳体中，锁定于外部和内部轴承件之间，以形成活节式接头。典型地将弹性弹簧状元件设置并作用于壳体和活动连接件之间，以便于进行预载压缩设置。该弹性元件可包括贝氏弹簧垫圈或类似类型的弹簧件，或者，可包括用于实现此目的的高分子弹性体。与重型全金属设计相比，这种采用塑胶和/或弹性体元件的轻型球窝组件所需的、实现并保持预载压缩设置的组装方法相对较多。确切而言，证实较为耐用的全金属型球窝组件对于组装操作过程中产生的预载应力更为敏感。这种敏感性妨碍了高生产加工能力，并使得批量生产设置过程中难以保持质量稳定。因此，需要一种改进的控制球窝组件中特别是这种“全金属”型组件中的预载间隙的方法。
发明内容
本发明包括一种活动连接件之间存在固定预载压缩的球窝型机构的组装方法。该方法包括下列步骤：提供壳体、弹性预载件、具有磨损面的内轴承、活节球头螺栓以及具有磨损面的外轴承。该方法进一步包括将所述弹性预载件、所述内轴承、所述球头螺栓以及所述外轴承放置于所述壳体中，其中所述内轴承与该弹性预载件抵接，所述球头螺栓与所述内轴承的磨损面滑动接触，所述外轴承的磨损面与所述球头螺栓滑动接触。然后，将所述外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠所述弹性预载件，直到获得理想压缩状态。保持所述理想压缩状态，同时将所述外轴承固定在所述壳体中的设定位置以锁定所述外轴承、所述球头螺栓以及所述内轴承之间的理想压缩状态。
本发明提供一种在保持所述理想压缩状态的同时将所述外轴承设置并锁定于适当位置的方法。本发明特别有益于对预载压缩和间隙特别敏感的球窝型组件。这样的敏感性产生于某些全金属件设计中，也会出现在一些混合组件中，包括非金属轴承件等。
根据本发明的另一方面，提供一种活动连接件之间存在固定预载压缩的全金属球窝型机构的组装方法。该方法包括下列步骤：提供金属壳体、金属弹性预载件、具有磨损面的金属内轴承、活节金属球头螺栓以及具有磨损面的金属外轴承；将所述弹性预载件、所述内轴承、所述球头螺栓以及所述外轴承放置于所述壳体中，其中所述内轴承与该弹性预载件抵接，所述球头螺栓与所述内轴承的磨损面滑动接触，所述外轴承的磨损面与所述球头螺栓滑动接触；将所述外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠所述弹性预载件，直到达到过载压缩状态，减小所述球窝内的压缩载荷直到获得所述外轴承、球头螺栓和内轴承之间的理想压缩状态；保持所述理想压缩状态，同时使所述壳体变形伸入所述外轴承，从而固定所述外轴承在所述壳体中的位置，以锁定所述全金属球窝机构中的理想压缩状态。进一步地，本发明可包括形成所述壳体直立边的步骤，以便在使所述壳体变形伸入所述外轴承后进一步实现轴承和球窝预载的固定。可选地，不必先进行过压缩而将球窝压缩至理想预载状态是一种可取的球窝预载设置方法。
附图说明
为便于理解本发明的上述和其他特征及优点，以下结合附图对本发明进行详细描述。其中：
图1是本发明球窝组件的剖视图；
图1A是图1中A部的放大图；
图2是图1中球窝组件的正视图；
图3是球窝组件组装前的分解图；
图4是将外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠弹性件，直到获得过压缩状态的方法步骤的简化图；
图5与图4所示视图相似，但展示了减小压缩应力直到获得理想压缩状态，并维持该理想压缩状态，同时使壳体变形伸入外轴承上的凹陷处，以固定外轴承在球窝中的位置；
图6是使壳体的直立边卷曲以完成组装操作的步骤的视图；
图7是本发明完整球窝型机构的立体剖视图；以及
图8是图7中组装后的球窝型机构局部剖视的侧视图。
具体实施方式
参照附图，其中相似的数字指代附图中相似或相应的部件，球窝型机构10大致如图所示。球窝组件10包括锁定于球接头壳体14的承窝中的球部12。因此，球部12形成便于在车辆底盘系统中进行车轮转向和悬架运动所需的三维运动的整个活节式接头的插入部。柄16从球部12延伸出，在预期应用中起到用于连接球窝组件10的锚固装置的作用。例如，图7和图8所示的柄16包括细长轴，该细长轴具有适于连接至例如车辆悬架件的螺纹端。
壳体14是封闭端式壳体，其中一大致圆柱状的侧壁18一端开口，另一端封闭。壳体14优选由塑性足以实现文中其他部分所述变形的金属制成，例如，许多等级的钢。如图所示的封闭端，设有螺柱20，以便于相对悬架件或者锚固部件连接。螺柱20可包括润滑通道22，润滑脂或其他润滑剂可经该润滑通道22泵入活节式接头的滑动面。圆柱状侧壁18在其开口端设有直立边24，该直立边24形成通往内腔26的入口。该内腔26的横截面大致呈圆形，其面积大小是变化的，例如，邻近封闭底端的内径较小，邻近直立边的直径较大。
球窝组件10进一步包括弹性预载件28，在该较佳实施例中，该弹性预载件28具有贝氏垫圈式弹簧，特别是金属贝氏垫圈式弹簧28。尽管如此，弹性预载件28也可由其他弹簧状材料和弹簧构件构造，这些弹簧状材料和弹簧构件包括螺旋弹簧，弯曲钢板弹簧，可压缩弹性体材料，或者任何其他已知的、可弹性变形产生弹簧力从而对球窝组件10预加载荷、并能够满足组件10各元件的其他要求例如耐油、耐润滑脂或者组件中采用的其他润滑剂的弹性材料或复合物。该弹性预载件28设于内腔26中，邻近封闭底端。
内轴承30设于壳体14内腔26中的弹性预载件28上。设计上，特别是对于耐用性有特殊要求的产品设计，虽然不必要，但内轴承30优选为全金属结构。内轴承30还可由某些工程塑胶材料、陶瓷、各种复合材料以及上述材料结合制成。内轴承30包括大致扁平的底面轴承，该底面轴承与弹性预载件28压接。润滑通道32与穿过螺柱20的润滑通道22对准，以便将被推动流过润滑通道32的润滑脂传送至磨损面34。球部12可为半球形、椭圆形或者任何适合的曲线轮廓。该球部12与内轴承30的磨损面34滑动接触，在球窝组件10处于压缩载荷模式时提供一活动连接面。在图1、图1A和图2所示的实施例中，磨损面34为半球形，然而，磨损面34可具有适于与球部12可操作地支承配合的任何表面形状，例如，举例而言，半球形，椭圆形以及其他曲线形状或轮廓。这些曲线轮廓也可包括结合本领域普通技术人员所熟知的、与球部件12轴承面相关的曲线和直线元件的表面。优选地，内轴承30的直径大小使其可紧密间隙配合于壳体14的内腔中。
外轴承36也具有磨损面38，该磨损面38与图1所示的球部12的上部配合，以使球窝组件在拉伸加载模式操作过程中保持活动、滑动接触。该外轴承36滑过柄16，位于内腔26中并邻近其直立边24。外轴承36的外表面39可包括环状凸肋40。当外轴承36安装于侧壁18中时，外轴承36的外表面与侧壁18的内表面之间是滑动配合或滑动接触关系。该滑动配合允许在将外轴承36的位置固定之前，将该外轴承36轴向设于侧壁18中，在此将进一步说明。该外轴承36还包括轴向延伸缘42，该轴向延伸缘42在设置入壳体14时，面向远离内腔26的方向。外轴承36可由与内轴承30相同的材料制成，然而，内轴承30和外轴承36分别可由上述材料中的任何材料制成，可以彼此独立地选择这些材料。此外，外轴承36还可采用如图1所示的半球形轮廓，或可具有与内轴承30有关的上述轮廓中任一种轮廓。可彼此独立地选择内轴承30和外轴承36的轮廓，只要其适于通过这里所描述的方式与球部12可操作配合。
侧壁18的外表面设有锁紧槽44，用于锁紧防尘罩46，例如图7和图8所示的防尘罩46。可采用带或线夹48帮助将防尘罩46固定于壳体14外部的适当位置处。然而，也可采用其他已知的装置和方法锁紧防尘罩46，例如某些其他夹紧件、固定结构，例如防尘罩或壳体之一或二者上所设的凸唇、粘合剂等等。同时，由于球窝组件10的一些实施例是不需要防尘罩的，或者其防尘罩不必直接连接至壳体14外部，故槽44、防尘罩46以及夹紧方式48的使用是可选择的。
现在参考图3-6，描绘了本发明球窝组件10的组装方法，其中固定预载压缩建立于活动连接件之间。该方法包括下列步骤：在将内轴承30、球部12以及外轴承36放入壳体14中之后，将预载件28放入壳体14中，其中内轴承30和外轴承36的磨损面34、38与球部12滑动接触。一旦这些元件被组装在一起，则将压缩加载工具50与外轴承36上的缘42接触。该加载工具50图示为一笼状装置进行举例说明，但实际上，该加载工具50可采用任何适合的形式。然后，将压缩载荷52放置于加载工具50上直到获得像产生过载压缩状态54这样的时机。过载压缩状态54表示本质上为刚性元件的状况，在这种状况下，内轴承30、球部12和外轴承36承受超过所需预载并足以从球窝组件10退出轴向耦合(lash)的压应力。该方法进一步包括减小弹性弹簧件28中的压应力直到实现外轴承36、球头螺栓12和内轴承30之间的理想压缩状态56。可选地，不采用施加过载压缩状态54，而是可采用加载工具50将这些元件直接压缩至理想状况56而不必首先实现过载状况。安装于压缩载荷之上的简单度盘式指示器用于艺术地呈现过载54和理想状况56之间的压缩载荷变化。在减少压应力的步骤中，弹性预载件28稍稍放松，直到在内轴承30的底部和内腔26的封闭底端之间建立起球窝组件10的元件与固定预载之间指定量的间隙。当加载工具50继续施加保持在理想压缩状态56下的压缩载荷的同时，定桩操作使得壳体14的侧壁18变形伸入外轴承36的环状肋40，如图5所示。该定桩操作通过挤压侧壁18使其与外轴承36的外表面39挤压接触，固定或锁定壳体14内外轴承36的轴向位置，从而使球窝组件10中理想压缩状态56和预载保持稳定。定桩操作导致围绕壳体14形成至少一个、优选多个离散的凹痕58，如图2所示。在一较佳实施例中，这些凹痕58表现为侧壁18的变形并沿侧壁18设置，侧壁18的变形部分41被压入围绕外轴承36的环状肋40，从而将其在壳体14中的轴向位置固定，以便可移除加载工具50。可选地，并非仅在围绕壳体14外围的非连续位置定桩，可以采用其他令侧壁18变形的装置和方法，以使侧壁18的一部分41变形伸入位于外轴承36外表面39的配合定位结构，例如环形槽40。举例而言，在侧壁18中的滚轧成型或旋压成型槽可用于形成侧壁18的变形部41，该变形部41具有向内凸伸的环58’，该环58’可操作地与外轴承36的环形槽40配合。同时如图6所示，当采用定桩操作时，在下述随后进行的成型操作过程中，可随意地将定桩工具62放置于适当位置，以便进一步确保在这些操作期间保持外轴承36在壳体14中的位置。即使在将加载工具50去除之后，仍可保持各种活动连接件之间，球窝组件10的理想压缩状态56和预载。
图6中描绘了一可选步骤，其中，采用侧壁18的直立边24进一步确保维持球窝组件10的理想压缩状态56和预载。在图1、图1A和图2所示的实施例中，形成侧壁18的直立边24，以将外轴承36锁定于轴向延伸缘42上。卷曲轮60图解式地举例说明了该操作，然而，可采用挤压或其他金属成型操作，例如旋压成型、滚轧成型以及用于将直立边24封闭抵接至外轴承36与其形成压接的其他已知成型方法，形成直立边24，并进一步将外轴承36固定于适当位置。
因此，上述控制全金属球窝组件10内的预载和间隙的方法能够实现更高的生产能力，提高公差品质。特别是，最终成型操作之前的外轴承36设置及固定步骤，在降低了本发明球窝组件10制造成本的同时提高了其质量标准。
很明显，根据以上描述可以对本发明做各种改变和修改。因此，可以理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以采用其他方式实施，而不限于上述说明书中所描述。

Claims (18)

1.一种活动连接件之间存在固定预载压缩的球窝型机构的组装方法，包括下列步骤：
提供壳体、弹性预载件、具有磨损面的内轴承、活节球头螺栓以及具有磨损面的外轴承；
将所述弹性预载件、所述内轴承、所述球头螺栓以及所述外轴承放置于所述壳体中，其中所述内轴承与该弹性预载件抵接，所述球头螺栓与所述内轴承的磨损面滑动接触，所述外轴承的磨损面与所述球头螺栓滑动接触；
将所述外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠所述弹性预载件，直到获得理想压缩状态；以及
保持所述理想压缩状态，同时固定所述外轴承在所述壳体中的位置以锁定所述外轴承、所述球头螺栓以及所述内轴承之间的理想压缩状态。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩步骤包括压缩贝氏弹簧垫圈。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将外轴承固定于所述壳体中一位置处的步骤包括使所述壳体与所述外轴承形成挤压变形接触。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述使壳体变形的步骤包括使所述壳体的侧壁变形伸入所述外轴承外表面上的锁定结构。
5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述使壳体变形的步骤之后，进一步包括形成所述壳体的直立边。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供内轴承的步骤包括采用金属制成所述内轴承。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供外轴承的步骤包括采用金属制成所述外轴承。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括采用润滑剂涂覆所述内轴承和外轴承的磨损面。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括采用柔性防护罩覆盖至少部分所述球窝机构。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩步骤包括：首先将所述外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠所述弹性预载件，直到达到过载压缩状态；然后减小压应力直到获得所述理想压缩状态。
11.一种活动连接件之间存在固定预载压缩的球窝型机构的组装方法，包括下列步骤：
提供壳体、弹性预载件、具有磨损面的内轴承、活节球头螺栓以及具有磨损面的外轴承；
将所述弹性预载件、所述内轴承、所述球头螺栓以及所述外轴承放置于所述壳体中，其中所述内轴承与该弹性预载件抵接，所述球头螺栓与所述内轴承的磨损面滑动接触，所述外轴承的磨损面与所述球头螺栓滑动接触；
将所述外轴承、球头螺栓以及内轴承作为一个单元进行压缩，使其紧靠所述弹性预载件，直到达到过载压缩状态；减小所述弹性预载件内的压应力直到获得所述外轴承、球头螺栓和内轴承之间的理想压缩状态；
保持所述理想压缩状态，同时固定所述外轴承在所述壳体中的位置以锁定所述外轴承、所述球头螺栓以及内轴承之间的理想压缩状态；以及
使所述壳体与所述外轴承形成挤压变形接触。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述压缩步骤包括压缩贝氏弹簧垫圈。
13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述使壳体变形的步骤包括使所述壳体的侧壁变形伸入所述外轴承外表面上的锁定结构。
14、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述使壳体变形的步骤之后，进一步包括形成所述壳体的直立边。
15、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供内轴承的步骤包括采用金属制成所述内轴承。
16、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供外轴承的步骤包括采用金属制成所述外轴承。
17、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括采用润滑剂涂覆所述内轴承和外轴承的磨损面。
18、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括采用柔性防护罩覆盖至少部分所述球窝机构。
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