CN111819367A - 改进的承窝组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种承窝组件，该承窝组件包括具有内孔的壳体，该内孔沿着中心轴线从大致封闭的第一端延伸到开口的第二端。该承窝组件还包括球头螺栓，该球头螺栓包括球形部分和柄部分。该球形部分被容纳在该壳体的该内孔中，并且该柄部分通过该开口的第二端从该内孔突出。该背衬轴承设置在该内孔中。该背衬轴承具有与该球头螺栓的该球形部分可滑动接触的弯曲轴承表面。该背衬轴承包括聚合物件和金属套管，该金属套管围绕该聚合物件以抵抗该聚合物件的径向伸展。

Description

改进的承窝组件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月6日提交的美国发明专利申请号15/912,715的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
发明背景
1.技术领域
本申请总体上涉及承窝组件，并且更具体地，涉及具有背衬轴承的负载压力型承窝组件。
2.背景技术
用于汽车悬架和转向系统的类型的承窝组件通常包括壳体、球头螺栓和允许球头螺栓相对于壳体铰接和旋转的一个或多个轴承。这些轴承通常由金属或硬塑料材料制成。此类承窝组件可以是径向负载压力和/或张力的。在负载压力型承窝组件中，通常需要轴承、壳体和球头螺栓具有非常严格的尺寸公差，并且如果一个或多个部件超出公差，则可能发生对其中一个轴承的损坏和/或球头螺栓可能与壳体锁定，从而防止球头螺栓的旋转和/或铰接。已经开发了至少一种允许负载压力型承窝组件中的部件具有较宽松公差的解决方案，但是该解决方案中的轴承是由金属制成。
发明内容和优点
本申请的一个方面是一种承窝组件，该承窝组件包括具有内孔的壳体，该内孔沿着中心轴线从大致封闭的第一端延伸到开口的第二端。该承窝组件还包括球头螺栓，该球头螺栓包括球形部分和柄部分。该球形部分被接纳在该壳体的该内孔中，并且该柄部分通过该开口的第二端从该内孔突出。该背衬轴承设置在该内孔中。该背衬轴承具有与该球头螺栓的该球形部分可滑动接触的弯曲轴承表面。该背衬轴承包括聚合物件和金属套管，该金属套管围绕该聚合物件以抵抗该聚合物件的径向伸展。
当球头螺栓抵靠背衬轴承受到负载时，金属套管用于支撑和限制塑料件的径向伸展，从而改善承窝组件的耐用性。因此，金属套管允许背衬轴承主要由塑料制成，这与所有金属背衬轴承相比节省了成本并且减轻了质量(重量)，而不牺牲耐久性。重量减轻在车辆中特别有价值的，因为此类承窝组件是非簧载质量。
根据本申请的另一方面，背衬轴承的聚合物件包括凹口，以使组装更容易，并确保金属套管和塑料件之间没有干扰。
根据本申请的又一方面，套管包括凸缘，该凸缘至少部分地延伸到聚合物件的凹口中。
根据本申请的又一方面，套管由粉末金属或冲压钢制成。
根据本申请的另一方面，仅背衬轴承的聚合物件接触球头螺栓的球形部分，而金属套管不接触球头螺栓的球形部分。
根据本申请的又一方面，弹簧设置在壳体的大致封闭的第一端与背衬轴承之间的内孔中。
根据本申请的又一方面，背衬轴承的弯曲轴承表面是第一弯曲轴承表面，并且承窝组件还包括具有第二轴承表面的出口轴承，该第二轴承表面与球头销的球形部分可滑动地接触。
根据本申请的另一方面，壳体在第一端附近变形，以将背衬轴承、球头螺栓的球形部分和出口轴承捕获(capture)在内孔中。
根据本申请的又一方面，弹簧将出口轴承的第二弯曲轴承表面偏压抵靠在球头螺栓的球形部分上。
本申请的另一方面是一种制造承窝组件的方法。该方法包括制作具有内孔的壳体的步骤，该内孔沿中心轴线从大致封闭的第一端延伸到开口的第二端。该方法继续进行由聚合物材料制造背衬轴承的聚合物件的步骤。该方法继续将聚合物件插入金属套管中的步骤，以使得金属套管围绕聚合物件。该方法继续进行以下步骤：将球头螺栓的球形部分通过壳体的开口的第二端插入壳体的内孔中，并在球头螺栓的球形部分和该背衬轴承的塑料件的弯曲轴承表面之间建立可滑动接触。
根据本申请的另一个方面，聚合物件包括凹口。
根据本申请的又一方面，金属套管包括至少部分地延伸到凹口中的凸缘。
根据本申请的又一方面，该方法还包括将弹簧插入壳体的内孔中的步骤。
根据本申请的另一方面，该方法还包括使壳体在开口的第二端附近变形以将弹簧和背衬轴承以及球头螺栓的球形部分和出口轴承抓取(capture)在内孔中的步骤。
附图说明
将容易理解本申请的这些和其他特征和优点，因为当结合附图考虑时，通过参考以下具体实施方式将更好地理解本申请的其他优点，在附图中：
图1是包括改进的承窝组件的示例性实施方案的控制臂组件的透视图；
图2是改进的承窝组件的示例性实施方案的横截面分解图。
图3是改进的承窝组件的示例性实施方案的横截面视图；
图4是图3的一部分的放大局部视图；
图5是改进的承窝组件的横截面视图，其中出口轴承不对称地形成；
图6是改进的承窝组件的横截面视图，其中背衬轴承不对称地形成；
图7是背衬轴承的分解图；并且
图8是背衬轴承的横截面视图。
具体实施方式
参考附图，其中在所有的几个视图中，相同的附图标记表示相应的部件，包括改进的承窝组件22的示例性实施方案的控制臂组件20在图1中总体示出。在示例性实施方案中，承窝组件22是负载压力型球窝接头，该负载压力型球窝接头被构造成在汽车悬架组件中将控制臂主体24与转向节(未示出)接合。尽管示出为用于汽车悬架系统的控制臂组件20的部件，但是应当理解，承窝组件22可以用于广泛范围的汽车和非汽车应用中。
现在参考图2-图4，承窝组件22的示例性实施方案包括具有内表面28和外表面30的壳体26。内表面28围绕内孔，该内孔沿着中心轴线A从大致封闭的第一端32延伸到开口的第二端34。在封闭的第一端32处，壳体26具有下壁36，该下壁具有接纳润滑脂加油嘴38(也称为油枪加油嘴)的润滑剂开口，用于将润滑剂例如润滑脂引导到内孔中。壳体26优选地被制成为整体金属(例如钢或合金钢)件，并且可通过任何合适的方法或方法组合(包括例如锻造、铸造、由坯料机加工等)成形。在示例性实施方案中，壳体26是盒式壳体26，因为它被构造成插入另一部件的开口中。然而，应当理解，壳体26可以替代地与诸如控制臂主体24或拉杆端的其他部件制成单件(未示出)。
如图2所示，壳体26的内孔具有从封闭的第一端32到开口的第二端34逐渐增大的直径。具体地，内孔具有邻近封闭的第一端32的具有大致恒定的第一直径D1的第一部分40、壳体26的内表面28弯曲(但可以是直的)的第二部分42和邻近开口的第二端34的具有大致恒定的第二直径D2的第三部分44。如图所示，第三部分44的第二直径D2大于第一部分40的第一直径D1。在内孔的第二部分42和第三部分44之间，壳体26具有面向开口的第二端34的肩部46。
承窝组件22还包括具有球形部分50和柄部分52的球头螺栓48。球体部分50完全设置在壳体26的内孔中，并且柄部分52通过开口的第二端34从内孔伸出。球形部分50具有大致半球形弯曲外表面，该外表面上可形成有一个或多个润滑剂槽。球头螺栓48优选地被制成单一整体金属(例如钢或合金钢)件，并且可以通过任何合适的方法成形。
背衬轴承54被接纳在球头螺栓48的球形部分50与壳体26的下壁36之间的内孔的第一部分40中。背衬轴承54具有半球形弯曲的第一轴承表面56，该第一轴承表面轴向地面向壳体26的第二开口端34。第一轴承表面56的曲率类似于球形部分50的曲率，使得球形部分50可沿第一轴承表面56滑动，从而允许球头螺栓48相对于背衬轴承54旋转和铰接。如图4所示，在示例性实施方案中，第一轴承表面56具有润滑剂开口，该润滑剂开口与壳体26的下壁36中的润滑剂开口对准，使得润滑剂可以进入球形部分50与第一轴承表面56之间的界面。第一轴承表面56还具有多个润滑剂槽，用于在第一轴承表面56上分配润滑剂。
承窝组件22还具有被接纳在内孔的第二部分42中的出口轴承58。出口轴承54具有半球形弯曲的第二轴承面60，该第二轴承面具有与球形部分50和第一轴承面56相似的曲率半径。背衬轴承54和出口轴承58的第一轴承表面56和第二轴承表面60分别可滑动地接触球形部分50的相对的半球，以允许球头螺栓48和壳体26自由地铰接并相对于彼此旋转。如图4所示，出口轴承58在壳体26的内孔内与背衬轴承54轴向地间隔开。
承窝组件22还包括防尘罩62，该防尘罩由弹性材料(例如橡胶)制成，并被抵靠壳体26和球头螺栓48的柄部分52密封，用于将润滑剂捕获在内孔内并将污染物保持在内孔的外部。防尘罩62从具有径向向外延伸的凸缘64的第一罩端延伸到被抵靠球头螺栓48的柄部分52密封的第二罩端。凸缘64设置在壳体的内孔的第三部分44中，并且与出口轴承58的顶表面进行面对面接触。
盖板68在防尘罩62上的凸缘64的相对侧处定位在内孔的第三部分44中。壳体26的开口的第二端34被弯曲(例如通过型锻)以形成径向向内延伸的唇缘70，该唇缘接合盖板68以将盖板68、防尘罩62的凸缘64、出口轴承58、球形部分50和背衬轴承54捕获在壳体26的内孔中。对壳体26进行型锻还对弹簧66预加负载，以对出口轴承58施加偏压力。
贝氏垫圈(Belleville washer)72形式的弹簧72设置在内孔中，并夹在背衬轴承54与下壁36之间。如图4所示，弹簧72被弹性压缩以将轴向偏压力施加到背衬轴承74上，从而抵靠球头螺栓48的球形部分50对背衬轴承54的弯曲的第一轴承表面56预加负载，从而当这些部件在承窝组件22的使用期间磨损时，保持背衬轴承54与球形部分50之间的可滑动接触。
背衬轴承54具有小于内孔的第一部分40的第一直径D1的外径，使得如在横截面中所观察到的，背衬轴承54的覆盖区或外周长小于内孔的第一部分40的覆盖区。因此，当背衬轴承54被接纳在内孔的第一部分40中时，在背衬轴承54和壳体26的内表面28之间存在环形间隙。该间隙允许背衬轴承54在内孔内沿径向方向移动或浮动。
背衬轴承54在壳体26的内孔中的可动性允许在不损害承窝组件22的性能的情况下放宽承窝组件22的各个部件的公差。例如，在图5所示的实施方案中，出口轴承58是不对称的，而在图6中，背衬轴承54本身是不对称的。在这些情况的每一种情况中，背衬轴承54已经径向移动以解决不对称性并且允许球形部分50分别均匀地接触背衬轴承54和出口轴承58的第一轴承表面56和第二轴承表面60。在这些示例中的每一个示例中，如果背衬轴承54不能在内孔内浮动，则在轴承54、58中的一个或两个轴承上至少会有不均匀的球形部分50的负载，或者球头螺栓48可能变得与轴承54、58锁定，并且不能相对于壳体26铰接或旋转。
如图7和图8所示，背衬轴承54包括聚合物(具体地，塑料)件74和金属套管76。塑料件74包括第一轴承表面56，并因此，仅塑料件74接触球头螺栓48的球形部分50(图4所示)。塑料件74的顶表面设置有径向和轴向都开口的环形凹口78。在该实施方案中，金属套管76具有部分地延伸到凹口78中的向内延伸的凸缘80，从而减少金属套管76突出到塑料件74上方的量。塑料件74优选地压配合到金属套管76中，直到凸缘80接触凹口78中的塑料件74。金属套管76优选地由通过增材制造方法(诸如三维打印或选择性激光烧结)的粉末金属制成，或者由被冲压成其最终形式的钢板制成。塑料件74优选地通过注塑成型操作制成。
金属套管76加强塑料件74，并且当球头螺栓48抵靠背衬轴承54受到负载时限制塑料件74的径向伸展。这通过降低塑料件74在负载下破裂的风险而提高了承窝组件22的耐用性。因此，金属套管76允许背衬轴承54主要由塑料制成，这与所有金属背衬轴承相比节省了成本并且减轻了质量(重量)。而且，与金属轴承设计不同，塑料件74是唯一接触球头螺栓48的件，不易受腐蚀。
本申请的另一方面是一种制造例如图2-图4所示的示例性实施方案的承窝组件22的方法。该方法包括准备壳体26的步骤。该方法继续将弹簧72插入内孔中的步骤，以使得弹簧72抵靠在下壁36上。该方法继续进行将背衬轴承54的塑料件74插入(优选地，按压)到金属套管76中的步骤。该方法继续将背衬轴承54插入壳体26的内孔中的步骤，以使得背衬轴承54通过沿着压缩弹簧72滑动而能够相对于壳体26沿径向方向移动。该方法继续进行将球头螺栓48的球形部分50插入内孔中并在球形部分50与背衬轴承54的第一轴承表面56之间建立可滑动接触的步骤。该方法继续将出口轴承58插入内孔中的步骤，以在第二弯曲轴承表面60与球头螺栓48的球形部分50之间建立可滑动接触。该方法继续将防尘罩62的凸缘64插入内孔中。该方法继续进行使壳体26的开口的第二端34(例如通过型锻)变形的步骤，以将凸缘64、出口轴承58、球形部分50、背衬轴承54和弹簧72捕获在壳体26的内孔中。然后，该方法可以继续将润滑剂注入内孔中并且将承窝组件22插入控制臂主体24的开口中。
应当理解，这里使用的方向术语，例如“上”、“下”和“顶”是参考图中承窝组件的方向，而不应被认为是需要特定的方向。
显然，鉴于以上教导内容，本申请的许多修改和变型是可能的，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述方式的其他方式来实践。另外，应当理解，所有权利要求和所有实施方案的所有特征可以彼此组合，只要它们彼此不矛盾即可。

Claims (15)

1.一种承窝组件，包括：
壳体，所述壳体具有内孔，所述内孔沿着中心轴线从大致封闭的第一端延伸到开口的第二端；
球头螺栓，所述球头螺栓包括球形部分和柄部分；
所述球形部分被容纳在所述壳体的所述内孔中，并且所述柄部分通过所述开口的第二端从所述内孔突出；
背衬轴承，所述背衬轴承设置在所述壳体的所述内孔中，并且具有与所述球头螺栓的所述球形部分可滑动接触的弯曲轴承表面；
所述背衬轴承能够相对于所述壳体沿径向方向移动；
所述背衬轴承包括聚合物件；并且
所述背衬轴承还包括由金属制成并围绕所述聚合物件以抵抗所述聚合物件的径向伸展的套管。
2.根据权利要求1所述的承窝组件，其中所述聚合物件包括凹口。
3.根据权利要求2所述的承窝组件，其中所述套管包括至少部分地延伸到所述凹口中的凸缘。
4.根据权利要求1所述的承窝组件，其中所述套管由粉末金属或冲压钢制成。
5.根据权利要求1所述的承窝组件，其中仅所述背衬轴承的所述聚合物件接触所述球头螺栓的所述球形部分，并且所述金属套管不接触所述球头螺栓的所述球形部分。
6.根据权利要求1所述的承窝组件，还包括弹簧，所述弹簧设置在所述壳体的所述大致封闭的第一端与所述背衬轴承之间的所述内孔中。
7.根据权利要求1所述的承窝组件，其中所述背衬轴承的所述弯曲轴承表面是第一弯曲轴承表面，并且还包括具有第二弯曲轴承表面的出口轴承，所述第二弯曲轴承表面与所述球头螺栓的所述球形部分可滑动地接触。
8.根据权利要求7所述的承窝组件，其中所述壳体在所述开口的第一端附近变形，以将所述背衬轴承、所述球头螺栓的所述球形部分和所述出口轴承抓取在所述内孔中。
9.根据权利要求7所述的承窝组件，还包括弹簧，所述弹簧将所述出口轴承的所述第二弯曲轴承表面偏压抵靠在所述球头螺栓的所述球形部分上。
10.一种制造承窝组件的方法，包括以下步骤：
制作具有内孔的壳体，所述内孔沿着中心轴线从大致封闭的第一端延伸到开口的第二端；
由聚合物材料制造背衬轴承的聚合物件；
将所述背衬轴承的所述聚合物件插入金属套管中，使得所述金属套管围绕所述聚合物件；
将所述背衬轴承通过所述开口的第二端插入所述壳体的所述内孔中，并且其中所述背衬轴承在所述内孔中能够相对于所述壳体沿径向方向移动；以及
将球头螺栓的球形部分通过所述开口的第二端插入所述壳体的所述内孔中，并在所述球头螺栓的所述球形部分与所述背衬轴承的所述塑料件的弯曲轴承表面之间建立滑动接触。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物件包括凹口。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属套管包括至少部分地延伸到所述凹口中的凸缘。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括将弹簧插入所述壳体的所述内孔中的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述背衬轴承的所述弯曲轴承表面是第一弯曲轴承表面，并且还包括将出口轴承插入所述壳体的所述内孔中并在所述出口轴承的第二弯曲轴承表面与所述球头螺栓的所述球形部分之间建立滑动接触的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括使所述壳体在所述开口的第二端附近变形的步骤，以将所述弹簧和所述背衬轴承以及所述球头螺栓的所述球形部分和所述出口轴承捕获在所述内孔中。
CN201980016863.9A 2018-03-06 2019-03-06 改进的承窝组件及其制造方法 Active CN111819367B (zh)

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