CN111183295A - 球窝组件和制造方法 - Google Patents

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Abstract

球窝组件，包括：具有内孔的壳体和容纳在所述壳体的所述内孔中的支承件。所述支承件是由塑料材料制成的一体件，并且所述支承件具有围绕球腔的弯曲的支承面。所述球窝组件包括具有球头部分和柄部分的球头螺栓。所述球头部分被容纳在所述支承件的所述球腔中，并且所述球头部分具有赤道。所述支承件的所述弯曲的支承面与所述球头螺栓的所述球头部分在所述赤道的相对的轴向侧上可滑动接触。所述支承件的所述塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛。

Description

球窝组件和制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2017年10月27日，申请号为62/578,103的美国临时专利和申请日为2018年10月26日，申请号为16/171,493的美国实用专利的优点，这些申请的全部公开内容被认为是本申请的公开的一部分，并在此通过引用被并入本申请。
本发明的背景技术
1.技术领域
本发明一般地涉及球窝组件，尤其涉及一种具有由整片的塑料材料制成的支承件的球窝组件。
2.相关技术
车辆悬挂和转向系统通常包括多个球窝接头，这些球窝接头固定地连接各种部件，同时允许这些部件之间的相对旋转和铰接。球窝接头通常具有壳体，球头螺柱和一个或多个支承件。在具有单个支承件的球窝接头中，如果支承件制成一体件，则其构造必须使球头螺栓可以插入到支承件中而不会破裂或以其他方式破坏支承件。解决该问题的一种方法是用具有高弹性的材料制成支承件，从而当将球头螺栓插入支承件的球腔中时，支承件可以弹性变形。
发明内容和优点
本发明的一个方面涉及一种球窝组件，其包括：具有内孔的壳体和容纳在所述壳体的所述内孔中的支承件。所述支承件是由塑料材料制成的一体件，并且所述支承件具有围绕球腔的弯曲的支承面。所述球窝组件包括具有球头部分和柄部分的球头螺栓。所述球头部分被容纳在所述支承件的所述球腔中，并且所述球头部分具有赤道。所述支承件的所述弯曲的支承面与所述球头螺栓的所述球头部分在所述赤道的相对的轴向两侧处于可滑动接触。所述支承件的所述塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛。
单件式支承件的塑料材料为支承件提供了最佳的弹性组合，从而使支承件在将球头螺栓的球头部分插入到球腔中时能够挠曲，并具有承受工作载荷时抵抗破坏的强度。
根据本发明的另一个方面，所述支承件的所述塑料材料基本上由8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛组成。
根据本发明的又一个方面，所述支承件包括多个指状体，所述多个指状体在周向上由狭槽彼此间隔开，其中，所述指状体可以径向地偏转，以允许将所述球头螺栓的所述球头部分插入到所述球腔中。
根据本发明的再一个方面，所述指状体延伸跨过所述球头螺栓的所述球头部分的所述赤道。
根据本发明的又一个方面，所述球头螺栓的至少一部分经过热处理。
根据本发明的再一个方面，所述球头螺栓的所述热处理的部分与所述支承件的所述弯曲的支承面处于可滑动接触。
根据本发明的再一个方面，所述球头螺栓由5140钢制成。
本发明的另一个方面涉及一种制造球窝组件的方法。所述方法包括制备支承件的步骤，所述支承件是由塑料材料制成的一体件，所述塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛。所述支承件包括多个沿圆周方向彼此间隔开并至少部分地包围球腔的指状体。所述方法继续包括将球头螺栓的球头部分推向球腔的步骤。所述方法继续包括沿径向向外的方向偏转所述指状体，以使所述球头螺栓的所述球头部分通过所述指状体并被容纳在所述球腔中的步骤。所述方法继续包括将带有容纳在所述球腔中的所述球头部分的支承件插入所述外壳的开口孔中的步骤。
根据本发明的另一个方面，所述支承件的所述塑料材料基本上由8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛组成。
根据本发明的又一个方面，在将所述球头螺栓的所述球头部分容纳在所述支承件的所述球腔中之后，所述指状体均延伸跨过所述球头螺栓的赤道。
根据本发明的再一个方面，所述方法还包括在将所述球头螺栓的所述球头部分插入所述支承件的所述球腔中之前，对所述球头螺栓的一部分进行热处理的方法。
根据本发明的再一个方面，所述球头螺栓由5140钢制成。
附图说明
当结合以下对当前优选实施例，所附权利要求和附图的描述进行考虑时，本发明的这些和其他特征和优点将变得更加容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个方面构造的承窝组件的示例性实施例的透视正视图；
图2是图1的承窝组件的局部剖视图；
图3是图1的承窝组件的分解的局部剖视图；
图4是图1的承窝组件的支承件的透视正视图；
图5A以剖视图示出了图4的支承件和处于预组装状态的球头螺栓；
图5B示出了在与支承件组装期间的球头螺栓；以及
图5C示出了与支承件组装在一起的球头螺栓。
具体实施方式
参照图1至图3，其中，贯穿若干视图，相同的附图标记指示相应的部分，总体上示出了用于车辆转向系统的球窝组件20的示例性实施例。在示例性实施例中，球窝组件20是内部拉杆端。然而，应该理解，球窝组件20可以找到其他汽车或非汽车应用。例如，球窝组件20可以构造成将控制臂与转向节连接，或者可以是车辆悬架系统中的外部拉杆端。
球窝组件20包括具有内孔的壳体22，该内孔沿着中心轴线A从封闭的第一端24延伸到开放的第二端26。壳体22优选地由金属(例如钢或铝、合金钢)制成的一体件，并且可以通过任何合适的工艺或工艺的组合进行成型，包括例如铸造，锻造和/或机械加工。
球窝组件20还包括球头螺栓28和支承件30，该支承件30在壳体22和球头螺栓28之间提供低摩擦界面，以允许这些部件在转向系统的操作期间相对于彼此自由旋转和关节运动。支承件30位于壳体的内孔中，并且具有围绕球腔的半球形弯曲的支承面32。球头螺栓28具有球头部分34，该球头部分34设置在球腔中并且具有与支承件30的弯曲的支承面32可滑动接触的外表面。球头部分34的外表面和弯曲的支承面32具有相似的曲率半径，从而允许球头螺栓28自由地铰接并相对于支承件30和壳体22旋转。
球头螺栓28还具有柄部分36，该柄部分36通过壳体22的敞开的第二端26延伸出内孔。柄部分36具有颈部区域38，该颈部区域38靠近球头部分34的直径减小。柄部分36沿远离球形部分34的方向从颈部区域38到较大的直径逐渐变粗。球头螺栓28优选地为由金属(例如钢或合金钢)制成的一体件，并且最优选地由SAE-AISI 5140钢制成。
支承件32通常是杯形的，具有底部40和侧壁42。弯曲的支承面32是在该侧壁42上，并且底部40具有轴向居中地坐落的凹陷区域40，该凹陷区域40不是弯曲支承件的一部分。侧壁42还具有多个指状体46，这些指状体46由多个从敞开的顶部朝向底部延伸的狭槽48在周向上彼此间隔开。在示例性实施例中，支承件30具有五个指状体46和五个狭槽48。然而，应当理解，支承件30可以具有任何合适数量的指状体46和狭槽48。
图5A-C示出了将球头螺栓28的球头部分34插入支承件30的球腔中的过程。在图5A中，示出了支承件30，其中指状体46处于静止(未受力)状态，使得支承件30的敞开的顶部的内径小于球头螺栓28的球头部分34的赤道的直径。现在参见图5B，指状体46可弹性地挠曲，使得当推压球头部分34抵靠支承件30的敞开的顶部时指状体46径向向外偏转，以扩大敞开的顶部的内径，并允许球头部分34的赤道进入球腔。现在参考图5C，一旦赤道通过指状体46的端部，则指状体46向内弹起以将球头部分34捕获在球腔中。在球头部分34处于球腔中的情况下，支承件30再次处于静止状态。如图所示，弯曲的支承面32具有与球头螺栓28的球头部分34的曲率半径匹配的曲率半径。
同样如图5A-C所示，支承件30的狭槽48从具有凹陷区域40的敞开的顶部到底部延伸超过一半。因此，当球头部分34容纳在球腔中时，狭槽48在支承件30中的延伸超过球头部分34的赤道。同样，在这种安装状态下，弯曲的支承面32与球头部分34的两个半球可滑动接触，即在赤道上方和下方。
一旦球头部分34被捕获在支承件30的球腔内部，则支承件30和球头部分34然后可以作为一个单元被插入到壳体22的内孔中。在示例性实施例中，壳体22的开放的第一端24然后向内型锻以将支承件30和球头部分34捕获在开孔中。支承件30的凹陷区域40用作润滑剂储存器，以将润滑剂(例如油脂)保持在壳体22中，以润滑球头螺栓28的球头部分34与支承件30的弯曲的支承面32之间的面对面接触。
在该示例性实施例中，支承件30的塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯，2至6个质量百分比的碳纤维，余量为聚甲醛(POM，也称为缩醛，聚缩醛和聚甲醛)。已经发现这种成分为支承件30提供了新的和出乎意料的结果。具体地，该组合物提供了对球头螺栓28的球头部分34和弯曲的支承面32之间的面对面接触的充分润滑，以及足够的强度以在球头螺栓28和壳体22之间传递冲击力而不会损害球头螺栓28，而不损坏指状体46的挠性。也就是说，在将球头螺栓28的球头部分34插入支承件30的球腔的过程中，指状体46耐断裂。
球头螺栓28优选地至少在颈部区域38中被热处理以加强球头螺栓28以防断裂。与其他已知的带有由SAE-AISI 5140钢制成的球头螺栓的球头组件相比，该支承件30的独特塑料材料和经过热处理的SAE-AISI 5140钢球28头螺栓的结合为球头组件20提供了卓越的性能和耐用性。
本发明的另一方面涉及一种制造球窝组件20的方法，该球窝组件20诸如上述的图1-5所示。该方法包括准备支承件30的步骤。该方法进行如下步骤：将球头螺栓28的球头部分34推向球腔。该方法继续进行以下步骤：使指状体46沿径向向外的方向偏转，以允许球头螺栓28的球头部分34穿过指状体46的端部并被容纳在球腔中。该方法继续进行以下步骤：将支承件30以及包含在球腔中的球头部分34插入壳体22的开口孔中。
显然，根据以上教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以以不同于具体描述的方式实践本发明。另外，应当理解，所有权利要求和所有实施例的所有特征可以彼此组合，只要它们彼此不矛盾即可。

Claims (12)

1.一种球窝组件，包括：
壳体，其具有内孔；
支承件，其容纳在所述壳体的所述内孔中，所述支承件是由塑料材料制成的一体件，并且所述支承件具有围绕球腔的弯曲的支承面；
球头螺栓，其具有球头部分和柄部分，所述球头部分被容纳在所述支承件的所述球腔中，并且所述球头部分具有赤道；
所述支承件的所述弯曲的支承面与所述球头螺栓的所述球头部分在所述赤道的相对的轴向两侧处于可滑动接触；以及
所述支承件的所述塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛。
2.根据权利要求1所述的球窝组件，其中，所述支承件的所述塑料材料基本上由8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛组成。
3.根据权利要求1所述的球窝组件，其中，所述支承件包括多个指状体，所述多个指状体在周向上由狭槽彼此间隔开，其中，所述指状体可以径向地偏转，以允许将所述球头螺栓的所述球头部分插入到所述球腔中。
4.根据权利要求3所述的球窝组件，其中，所述指状体延伸跨过所述球头螺栓的所述球头部分的所述赤道。
5.根据权利要求1所述的球窝组件，其中，所述球头螺栓的至少一部分经过热处理。
6.根据权利要求5所述的球窝组件，其中，所述球头螺栓的所述热处理的部分与所述支承件的所述弯曲的支承面处于可滑动接触。
7.根据权利要求1所述的球窝组件，其中，所述球头螺栓由5140钢制成。
8.一种制造球窝组件的方法，包括以下步骤：
制备支承件，所述支承件是由塑料材料制成的一体件，所述塑料材料包括8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛，所述支承件包括多个沿圆周方向彼此间隔开并至少部分地围绕球腔的指状体；
将球头螺栓的球头部分推向所述球腔；
沿径向向外的方向偏转所述指状体，以使所述球头螺栓的所述球头部分经过所述指状体并被容纳在所述球腔中；以及
将带有容纳在所述球腔中的所述球头部分的支承件插入外壳的开口孔中。
9.根据权利要求8所述的方法，在将所述球头螺栓的所述球头部分容纳在所述支承件的所述球腔中之后，所述指状体均延伸跨过所述球头螺栓的赤道。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：在将所述球头螺栓的所述球头部分插入所述支承件的所述球腔中之前，对所述球头螺栓的一部分进行热处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述球头螺栓由5140钢制成。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述支承件的所述塑料材料基本上由8至12个质量百分比的四氟乙烯、2至6个质量百分比的碳纤维和余量为缩醛组成。
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