CN111148911A - 带有注射模制支承件的球形接头 - Google Patents

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Abstract

一种球形接头，包括从球延伸的柱状件。壳体具有接纳球的内孔。壳体具有面向球的内表面，该内表面包括凹槽。塑料支承件布置在球和壳体之间。塑料支承件具有彼此相对的第一侧和第二侧。第一侧具有接合球的球形表面。第二侧具有与球形表面相对的突起，该突起接纳在凹槽中并填充凹槽，球形表面中的凹部与突起相对。

Description

带有注射模制支承件的球形接头
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月16日提交的美国临时申请No.62/546,091和2018年6月7日提交的美国临时申请No.62/681,990的优先权。
技术领域
本公开涉及例如用于车辆悬架或转向构件的球形接头。
背景技术
球形接头通常在车辆中用于悬架或转向元件，例如控制臂或横拉杆接头。球形接头提供了一种连接，该连接允许一个元件相对于另一个元件旋转，同时允许在车辆操作期间经历的一系列运动期间关节运动。
一个示例球形接头构造提供了预成型塑料支承杯，球以卡扣配合关系插入到该支承杯。然后，将子组件插入壳体的内孔中，并且将盖布置在支承件上。
在球和它的支撑结构之间提供一致的扭矩是重要的，以便不提供任何不希望的自由游隙或太刚性的接头。为此，一种方法将壳体的唇缘过度卷曲到盖上，这迫使支承件与壳体和球进一步接合。这种类型的方法公开在授予Rechtien的美国专利6,592,284中。壳体中的任何表面缺陷通过流入任何间隙的支承件来适应。这种组装方法具有挑战性，因为难以提供一致的操作扭矩。另一个内部公差补偿特征公开在授予Gottschald的美国专利No.2,993,717中，该专利使用弹簧向球施加载荷。
授予Michioka的美国专利No.6,941,656公开了一种球形接头，其具有铸造在树脂支承件上的外部壳体。该方法消除了壳体和支承件之间的任何间隙，但是将壳体材料限制为相对低强度的锌或铝压铸材料，以便在铸造过程中不熔化树脂支承件。通常，高载荷悬架应用要求壳体由高强度钢制成。
发明内容
在一个示例性实施例中，球形接头包括从球延伸的柱状件。壳体具有接纳球的内孔。壳体具有面向球的内表面，该内表面包括凹槽。塑料支承件布置在球和壳体之间。塑料支承件具有彼此相对的第一侧和第二侧。第一侧具有接合球的球形表面。第二侧具有与球形表面相对的突起，该突起接纳在凹槽中并填充凹槽，在球形表面中的凹部与突起相对。
在上述的另一个实施例中，在第一侧和球之间提供油脂。
在上述任何实施例的进一步实施例中，孔延伸穿过柱状件和球。油脂设置在孔中。
在上述任何实施例的进一步实施例中，单个开口设置在球中并与孔对准。
在上述任何实施例的进一步实施例中，油脂是第一油脂，并且包括在柱状件上布置在壳体上并填充有不同于第一油脂的第二油脂的防护罩。塑料支承件分离第一油脂和第二油脂。
在上述任何实施例的进一步实施例中，支承件具有在壳体处围绕球的圆周布置的周边唇缘。周边唇缘在壳体和球之间处于过盈配合，以将油脂密封在壳体内。
在上述任何实施例的进一步实施例中，壳体包括封闭内孔的与柱状件相对的端部的盖。
在上述任何实施例的进一步实施例中，盖的周边通过焊缝焊接到壳体。
在上述任何实施例的进一步实施例中，帽设置在盖、焊缝和壳体的一部分上。盖包括开口。连接器布置在开口中，并接合支承件和帽，以提供单体塑性结构。
在上述任何实施例的进一步实施例中，壳体包括环形突出部。帽布置在环形突出部上。
在上述任何实施例的进一步实施例中，环形突出部偏转到盖上，以将盖保持在内孔上。
在上述任何实施例的进一步实施例中，盖包括开口。多个凹槽围绕盖周向间隔开，并从开口向外辐射。
在上述任何实施例的进一步实施例中，孔延伸穿过柱状件和球。开口与孔对准。支承件包括在孔下方位于支承表面中并与开口对准的凹陷。
在上述任何实施例的进一步实施例中，壳体包括在与柱状件相对的一侧上的孔。孔与形成在支承件面向球的一侧上并与凹槽对准的凹部流体连通。孔填充有油脂。
在上述任何实施例的进一步实施例中，塞子固定在孔上方的壳体上以保持油脂。
在上述任何实施例的进一步实施例中，壳体包括向内朝向球倾斜的环形壁，该环形壁将球保持在内孔内。
在一个示例性实施例中，一种制造球形接头的方法包括将球布置在壳体的内孔中。将内孔的端部封闭。将塑料注射到壳体和球之间的空间中，以形成具有接合球的支承表面的支承件。支承件收缩以在支承表面形成凹部。用油脂填充凹部。
在上述实施例的进一步实施例中，布置步骤包括球，该球具有从该球延伸的柱状件。球和柱状件包括穿过其中的孔。填充步骤包括将油脂通过孔注射到凹部中。
在上述任何实施例的进一步实施例中，包括在执行填充步骤之后密封孔的步骤。
在上述任何实施例的进一步实施例中，封闭步骤包括将盖固定在球上。
在上述任何实施例的进一步实施例中，盖固定步骤包括焊接或型锻中的一种。
在上述任何实施例的进一步实施例中，封闭步骤包括朝着球型锻壳体。
在上述任何实施例的进一步实施例中，塑料注射步骤包括在盖上包覆成型帽。
在上述任何实施例的进一步实施例中，盖包括开口。塑料注射步骤包括将帽和支承件模制成单体结构，并且连接器布置在开口中并接合支承件和帽。
在上述任何实施例的进一步实施例中，布置步骤包括球，该球具有从该球延伸的柱状件。球和柱状件包括穿过其中的孔，并且包括在执行塑料注射步骤之前堵塞孔的步骤。
在上述任何实施例的进一步实施例中，盖包括凹槽。注射步骤包括用塑料填充凹槽。收缩步骤包括在与凹槽相对的位置收缩支承件以形成凹部。
在上述任何实施例的进一步实施例中，注射步骤包括形成支承件，该支承件具有在壳体处围绕球的圆周布置的周边唇缘。油脂填充步骤包括使支承件变形，以将周边唇缘拉入壳体中，并在球和壳体之间提供增强的密封。
在上述任何实施例的进一步实施例中，油脂是第一油脂，并且包括用不同于第一油脂的第二油脂将防护罩安装到壳体上的步骤，该第二油脂布置在防护罩和球之间。周边唇缘将第一油脂和第二油脂分开。
在上述任何实施例的进一步实施例中，包括将塞子固定在壳体中的孔上的步骤，该孔与球柱状件相对布置以保持油脂。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以进一步理解本公开，其中：
图1是布置在悬架元件中以提供悬架构件的球形接头的剖视图。
图2是图1所示球形接头的分解图。
图3A示出了插入壳体的内孔中的球形接头。
图3B示出了在球上方焊接到壳体的盖。
图4示意性地描绘了形成支承件和布置在盖上的帽的注射模制过程。
图5是球形接头的一部分的局部剖视图。
图6示出了注射到球形接头中的油脂。
图7A示出了支承表面和设置在其中以容纳油脂的凹部。
图7B是图7A所示球形接头的部分的放大图。
图8A和图8B是在模制时布置在球和壳体之间的支承件的一部分的局部剖视图。
图8C和图8D以放大的方式示出了油脂注入球形接头后支承件的偏转。
图9是球形接头的剖视图，示出了第一油脂和第二油脂。
图10A和图10B分别是一件式壳体和两件式壳体替代球形接头实施例的剖视图。
图11和图12示出了在型锻之前和之后的一件式壳体的局部剖视图。
图13A和图13B描绘了一件式和两件式壳体中的凹槽。
图13C示出了未对准的两件式壳体中的凹槽。
图14A和图14B分别是一件式壳体和两件式壳体球形接头的各部分的横截面分解图。
图15示意性地描绘了注射模制过程，其中塑料从邻近球的壳体一侧注射。
图16A和图16B分别是一件式壳体和两件式壳体球形接头的剖视图，其中支承件中有油脂，并且未安装防护罩。
图17示出了安装在用于向支承件供应油脂的孔上的塞子。
图18示出了没有唇缘的支承件。
前面的段落、权利要求或下面的描述和附图的实施例、示例和替代方案，包括它们的各个方面或相应的单独特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合进行。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。
具体实施方式
参考图1和图2，球形接头14设置在悬架元件12中，以提供悬架构件10，例如控制臂或横拉杆接头。球形接头14包括壳体16，壳体16可以由钢制成。球18具有从其延伸的柱状件20，柱状件20通常包括螺纹端部，用于将球形接头14固定到另一悬架部件，例如转向节。在该示例中，单个线性孔28延伸穿过球18和柱状件20，并被塞子68堵塞。球18的外表面是球形形状的，以允许球18在壳体16的内孔52中枢转和关节运动。
在两件式壳体构造中，盖24形成壳体结构的另一部分，并且例如通过焊接固定到内孔52的一个端部，以将球18封闭和捕获在壳体16内。由诸如乙酰基的材料构成的支承件22被注射模制到球18和壳体16之间的空间中。具有密封边缘30的防护罩26设置在柱状件20上，并与盖24相对固定到壳体16，以将球18相对于各元件密封并防止腐蚀。
参考图3A至图5，球形接头14通过将球18布置在内孔52中来制造。内孔52由锥形壁54提供，锥形壁54在壳体16的与盖24相对的端部处捕获球18。盖24包括圆顶部分32，圆顶部分32具有提供脊36的周边凸缘34。脊36抵接在内孔52的周边处的凸棱48。凸缘34的边缘46例如通过激光焊接焊接到壳体16，以提供将盖24固定到壳体16的焊缝50。
圆顶部分32的一侧提供球形表面38，该球形表面38具有周向间隔开的凹槽42，凹槽42邻接盖24中的开口44并从开口44向外辐射。例如，凹槽42可以通过精压(coin)形成。
塑料注射模制过程在图4中示出。模制设备56用于将诸如乙酰基的熔融塑料注射到壳体16、盖24和球18之间的空间中，以提供支承件22。
多个模具部分接合球形接头14的各种部件，以保持由盖24的相对侧上的第一腔体70和第二腔体72提供的空间，并且这些腔体彼此流体连通。在一个示例中，第一模具部分58抵接壳体16，以在第一模具部分58和壳体16的底部部分以及盖24之间形成第二腔体72。诸如销的第二模具部分60插入到孔28中，以堵塞和阻止任何熔融塑料进入孔28。第三模具部分62包括第一斜面64和第二斜面66，它们分别抵接壳体16和球18，以防止熔融塑料在模制过程中从第一腔体70中逸出。
塑料注射器63将熔融塑料通过第一模具部分58中的出口注射到第二腔体72中，通过盖24中的开口44注射到第一腔体70中。
开口44与孔28对准。在注射过程中，塑料流过开口44，形成突起77，突起77在面向球18的一侧上填充盖24中的凹槽42。球形表面形成在支承件22的第一侧82上，与球18的对应球形表面接合。凹陷69设置在支承件22的第一侧82处的支承表面中，并且由第二模具部分60的端部形成，使得凹陷69在孔28下方并且与开口44对准。
壳体16的端部包括环绕内孔52的环形突出部73。帽74包覆成型在盖24、焊缝50和环形突出部73的一部分(具有延伸部71)上，以提供防水密封并防止腐蚀性元素进入球形接头14。因此形成了单体塑性结构，包括通过连接器75接合到帽74的支承件22。
随着塑料冷却，它会稍微收缩大约2％。支承件22的壁厚因盖中凹槽42的存在而变化。因此，如图7A所示，在凹槽42的区域中，支承件22的第一厚度76大于由相邻支承结构提供的第二厚度78。作为塑料收缩的结果，凹部80将在第一侧82上与每个凹槽42相对的位置处靠近球形支承表面中的球18形成，如图7B中最佳示出的。
如图6至图7B和图9所示，油脂84通过孔28注入由第二模具部分60留下的凹陷69中，其允许油脂84行进到邻接凹陷69的凹部80中。塞子68插入孔28中以保持油脂84并防止碎屑进入。
如图8A至图8B所示，在支承件22的端部86处设置有微小的周边唇缘88。当油脂84填充凹陷时，支承件22变形，将唇缘88拉到球18和壳体16之间的空间内一距离90(在图8C至图8D中放大)，在球18和壳体16之间产生过盈配合和增强的密封。不同于第一油脂84的第二油脂94设置在防护罩26和球18之间。唇缘88将第一油脂84和第二油脂94分开，如图9示意性地所示。
也可以使用上述球形接头14的变型。相似的数字(例如，用于“球形接头”的14、114、214)用于描述各种实施例之间相似的元件。图10A中示出了一件式壳体球形接头114，图10B中示出了另一个两件式壳体球形接头214。一件式壳体球形接头114使用更厚的壁，这可能尤其更适合于更高的轴向载荷。在两个示例球形接头114、214中，油脂通过壳体116、216而不是柱状件120、220注入。
参考图10A、图11和图12，球形接头114具有壳体116，壳体116包括环形壁116a，环形壁116a在柱状件120的一侧上并与壳体116的基部116b相对。在球118已经被放入内孔152中之后，并且在注射支承件122之前，环形壁116a向内朝向球118变形(例如，型锻)，以将球118封闭在内孔中，如图12所示。然而，环形壁116a保持与球118间隔开，以提供在模制期间接纳支承件122的第一腔体170。
如结合图7B所示的球形接头14所描述的，塑料支承件22随着冷却而收缩，这在第一侧82上在与每个凹槽42相对的位置处的球形支承表面中形成了靠近球18的凹部80。为了改善润滑，可能希望向上朝向柱状件更远地提供油脂。为此，如图13A至图14B所示，壳体116、216各自具有延伸至壳体116、216的端部117、217的凹槽142、242，以提供对应的凹部180、280。然而，应该理解，凹槽142、242不需要如示例性实施例所示一直延伸到壳体116、216的终端。对于两件式壳体216，凹槽242的一部分设置在盖224中，其优选地与另一壳体部分中的凹槽周向对准。即使凹槽242不与另一壳体部分中的凹槽周向对准(图13C)，油脂仍将流入由支承件222在盖224和另一壳体部分之间的接合部281处收缩形成的凹部283(图14B)。
如图13B所示，作为焊接的替代方案，环形突出部273可以折叠或型锻到盖224上，从而降低腐蚀的可能性。
球形接头114、214中的每一个的支承件122、222通过与柱状件120、220相对的壳体116、216的基部注射。球形接头214的塑料注射模制过程在图15中示出。第一模具部分258和第三模具部分262以类似于结合图4描述的方式围绕球形接头214布置。第二模具部分259包括插入盖224中的开口244中并与球218抵接的端部261。连接到塑料注射器263的流体通道261a与径向延伸的第一通道261b和第二通道261c连通。
第一腔体270设置在球218和盖224之间，第二腔体272设置在盖224和第一模具部分之间。第一通道261b和第二通道261c分别与第一腔体270和第二腔体272对准，它们相应地提供支承件222和帽274。如图18所示，图8A至图8D中描述的唇缘88可以省略。
图16A和图16B中示出了在模制支承件122、222之后的球形接头114、214。在模制之后，第二模具部分259被从球形接头214撤出，留下与凹部280邻接的孔269(图14B)。油脂284通过孔269注射到凹部280中，在那里润滑球218。注入的油脂284使得支承件222略微膨胀，并实现球218上的期望润滑和载荷特性。孔169(图16A)、269(图16B)用作油脂184、284的贮存器。参考图17，塞子268安装在帽274上，以覆盖孔269并将油脂284保持在球形接头114内。塞子268可以卡扣和/或超声波焊接到帽274上。
还应当理解，尽管在图示实施例中公开了特定的部件布置，但是其他布置将从中受益。尽管示出、描述和要求保护了特定的步骤序列，但是应当理解，除非另有说明，步骤可以以任何顺序执行、分开或组合，并且仍将受益于本发明。
尽管不同的示例具有图示中所示的具体部件，但是本发明的实施例不限于这些特定组合。可以将一个示例中的一些部件或特征与另一个示例中的特征或部件结合使用。
尽管已经公开了一个示例性实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求，以确定其真实范围和内容。

Claims (29)

1.一种球形接头，包括：
柱状件，所述柱状件从球延伸；
壳体，所述具有接纳所述球的内孔，所述壳体具有面向所述球的内表面，所述内表面包括凹槽；和
塑料支承件，所述塑料支承件布置在所述球和所述壳体之间，所述塑料支承件具有彼此相对的第一侧和第二侧，所述第一侧具有接合所述球的球形表面，并且所述第二侧具有与所述球形表面相对的突起，所述突起接纳在所述凹槽中并填充所述凹槽，所述球形表面中的凹部与所述突起相对。
2.根据权利要求1所述的球形接头，包括设置在所述第一侧和所述球之间的油脂。
3.根据权利要求2所述的球形接头，其中，孔延伸穿过所述柱状件和所述球，所述油脂设置在所述孔中。
4.根据权利要求3所述的球形接头，其中，单个开口设置在所述球中，并与所述孔对准。
5.根据权利要求2所述的球形接头，其中，所述油脂是第一油脂，并且所述球形接头包括防护罩，所述防护罩在所述柱状件上布置在所述壳体上，并且填充有不同于所述第一油脂的第二油脂，所述塑料支承件将所述第一油脂和第二油脂分离。
6.根据权利要求1所述的球形接头，其中，所述支承件具有在所述壳体处围绕所述球的圆周布置的周边唇缘，并且所述周边唇缘在所述壳体和所述球之间处于过盈配合，以将所述油脂密封在所述壳体内。
7.根据权利要求1所述的球形接头，其中，所述壳体包括封闭所述内孔的、与所述柱状件相对的端部的盖。
8.根据权利要求7所述的球形接头，其中，所述盖的周边通过焊缝焊接到所述壳体。
9.根据权利要求8所述的球形接头，其中，在所述盖、所述焊缝和所述壳体的一部分上设置有帽，所述盖包括开口，并且所述连接器布置在所述开口中，并且接合所述支承件和所述帽，以提供单体塑性结构。
10.根据权利要求7所述的球形接头，其中，所述壳体包括环形突出部，并且所述帽布置在所述环形突出部上。
11.根据权利要求10所述的球形接头，其中，所述环形突出部偏转到所述盖上，以将所述盖保持在所述内孔上。
12.根据权利要求1所述的球形接头，其中，所述盖包括开口，并且多个凹槽围绕所述盖周向间隔开，并且从所述开口向外辐射。
13.根据权利要求12所述的球形接头，其中，孔延伸穿过所述柱状件和所述球，所述开口与所述孔对准，并且所述支承件包括凹陷，所述凹陷在所述孔下方设置支承表面中，并与所述开口对准。
14.根据权利要求1所述的球形接头，其中，所述壳体包括在与所述柱状件相对的一侧上的孔，所述孔与形成在所述支承件面向所述球的一侧上并与所述凹槽对准的凹部流体连通，其中所述孔填充有油脂。
15.根据权利要求14所述的球形接头，包括在所述孔上方固定到所述壳体以保持所述油脂的塞子。
16.根据权利要求1所述的球形接头，其中，所述壳体包括向内朝向所述球倾斜的环形壁，所述环形壁将所述球保持在所述内孔内。
17.一种制造球形接头的方法，包括：
将球布置在壳体的内孔中；
封闭所述内孔的端部；
将塑料注射到所述壳体和所述球之间的空间中，以形成具有接合所述球的支承表面的支承件；
使所述支承件收缩以在所述支承表面中形成凹部；和
用油脂填充所述凹部。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，布置步骤包括球，所述球具有从所述球延伸的柱状件，所述球和所述柱状件包括穿过其中的孔，并且填充步骤包括通过所述孔将油脂注射到所述凹部中。
19.根据权利要求17所述的方法，包括在执行填充步骤之后密封所述孔的步骤。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，封闭步骤包括将盖固定在所述球上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，盖固定步骤包括焊接或型锻中的一种。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，封闭步骤包括朝着所述球型锻所述壳体。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，塑料注射步骤包括在所述盖上包覆成型一帽。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述盖包括开口，并且塑料注射步骤包括将所述帽和所述支承件模制成单体结构，并且连接器布置在所述开口中并接合所述支承件和所述帽。
25.根据权利要求17所述的方法，其中，所述布置步骤包括球，所述球具有从所述球延伸的柱状件，所述球和所述柱状件包括穿过其中的孔，并且包括在执行塑料注射步骤之前堵塞所述孔的步骤。
26.根据权利要求17所述的方法，其中，所述盖包括凹槽，并且注射步骤包括用塑料填充所述凹槽，并且收缩步骤包括在与所述凹槽相对的位置处使所述支承件收缩以形成所述凹部。
27.根据权利要求17所述的方法，其中，注射步骤包括形成具有在所述壳体处围绕所述球的圆周布置的周边唇缘的支承件，并且油脂填充步骤包括使所述支承件变形以将所述周边唇缘拉入所述壳体中，并且在所述球和所述壳体之间提供增强的密封。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述油脂是第一油脂，并且所述方法包括用布置在所述防护罩和所述球之间的不同于所述第一油脂的第二油脂将防护罩安装到所述壳体上的步骤，所述周边唇缘将所述第一油脂和所述第二油脂分离。
29.根据权利要求17所述的方法，包括将塞子固定在所述壳体中的孔上的步骤，所述孔与球柱状件相对布置以保持所述油脂。
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