CN112041572B - 压缩加载的球窝组件 - Google Patents

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Abstract

球窝组件包括壳体(30)，该壳体被制成为整体件并且具有内孔。球窝组件还包括球头螺栓(28)，该球头螺栓具有半球形弯曲部分、圆柱形部分和柄部分。球窝组件还包括背衬轴承(44)和出口轴承(46)。第三轴承(62)容纳在球头螺栓的圆柱形部分上。第三轴承具有弯曲外表面，该弯曲外表面与出口轴承和背衬轴承中的至少一者的弯曲内表面配合以允许球头螺栓和活动轴承相对于壳体进行关节运动和旋转。第三轴承还与球头螺栓的圆柱形部分滑动接触以允许球头螺栓相对于壳体绕中心轴线更自由地旋转。

Description

压缩加载的球窝组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月11日提交的美国临时申请62/670,035和2019年5月9日提交的美国发明专利申请16/407,553的权益，这些申请的全部内容据此以引用方式并入本文。
背景技术
1.技术领域
本申请整体涉及球窝组件，并且更具体地涉及在车辆的实心轴悬架组件中使用的球窝组件。
2.相关领域
在具有实心轴组件的车辆中，对于每个车轮，一对球接头将轴与转向节可操作地附接。这两个球接头沿着竖直延伸的轴线彼此对准，并且允许转向节响应于来自驾驶员的转向输入而绕该轴线枢转，从而转动与转向节附接的车轮。每个球接头包括壳体；具有球头部分的球头螺栓；以及至少一个轴承，该至少一个轴承有利于球头螺栓和壳体之间的低摩擦界面。
当实心轴组件的球接头被正确地安装成使得球头部分的球形中心距离沿着竖直延伸的轴线彼此间隔开规定距离时，球接头将大致均等地分担车辆的重量所施加的轴向负载。然而，如果发生不正确的安装，则球接头中的一个可被迫承载所有的向下轴向负载，而另一个球接头经受向上负载。在相反的轴向负载施加在球接头上的这种条件下，由于球头螺栓的球头部分和轴承之间的高接触压力，可产生旋转阻力或扭矩的增加，从而使转向更加困难。
发明内容和优点
本申请的一个方面涉及一种用于实心轴组件中的球窝组件。该球窝组件包括壳体，壳体具有内表面和下壁，内表面和下壁被制成为整体件并且环绕沿着中心轴线延伸的内孔。球窝组件还包括球头螺栓，球头螺栓具有半球形弯曲部分、圆柱形部分和柄部分。半球形弯曲部分和圆柱形部分设置在壳体的内孔中。柄部分通过壳体的与下壁相对的开口端部从内孔突出。球窝组件还包括背衬轴承和出口轴承，背衬轴承和出口轴承均被容纳(receive)在壳体的内孔中并且均具有相应的弯曲内表面。第三轴承被接收在球头螺栓的圆柱形部分上。第三轴承具有弯曲外表面，弯曲外表面与出口轴承和背衬轴承中的至少一者的弯曲内表面协作以允许球头螺栓和轴承相对于壳体进行关节运动和旋转。第三轴承与球头螺栓的圆柱形部分滑动接触以允许球头螺栓相对于壳体绕中心轴线更自由地旋转。
在两个球头螺栓错误安装在实心轴组件中使得球头螺栓之间的竖直距离不在规定公差内的情况下，与其中球头螺栓可能受到限制而不能旋转的其他已知的球窝组件相反，第三轴承允许壳体和球头螺栓之间的相对旋转几乎没有限制地继续进行。
根据本申请的另一个方面，球头螺栓具有在半球形弯曲部分和圆柱形部分之间延伸的第一平面表面；其中第三轴承具有第二平面表面；并且其中第一平面表面和第二平面表面彼此表面对表面接触。
根据本申请的又另一个方面，第三轴承轴向地位于背衬轴承和出口轴承之间。
根据本申请的再另一个方面，第三轴承与球头螺栓的圆柱形部分呈疏松配合关系。
根据本申请的另一方面，垫圈弹簧被接收在壳体的内孔中并且弹性变形以对出口轴承施加轴向力，从而将出口轴承的弯曲内表面偏置抵靠第三轴承的弯曲外表面。
根据本申请的又另一方面，球头螺栓的半球形弯曲部分为大致半球形形状。
本申请的另一个方面涉及一种车辆中的实心轴组件。实心轴组件包括如上所述的轴、转向节和一对球窝组件。
本申请的又另一个方面涉及一种修理实心轴组件的方法。方法包括从轴或转向节的开口移除先前使用的球窝组件的步骤。方法继续将上述球窝插入开口中的步骤。
附图说明
当结合以下对当前优选实施方案、所附权利要求和附图的描述进行考虑时，本申请的这些和其他特征和优点将变得更易于理解，在附图中：
图1是实心轴悬架组件的立体图和局部分解图，该实心轴悬架组件包括根据本申请的一个方面构造的一对球接头；
图2是图1的球接头中的一个球接头的前正视图；
图3是图2的球接头的分解图和局部剖视图；
图4是图2的球接头的壳体的剖视图；
图5是图2的球接头的剖视图；
图6是图5的球接头的一部分的放大视图；
图7是图5的球接头的不同部分的另一个放大视图；并且
图8是图5的球接头的剖视图和片段视图，并且示出润滑流动路径。
具体实施方式
参考附图，其中在若干视图中，类似的数字指示对应的部件，用于车辆的实心轴组件20在图1中大致示出。如图所示，实心轴组件20包括跨车辆横向延伸的轴22和支撑轮毂(未示出)的转向节24。一对球窝组件(下文称为球接头26)将转向节24与轴22可操作地附接。球接头26具有相应的球头螺栓28，这些球头螺栓沿着共同的竖直轴线彼此对准以允许转向节24响应于来自车辆驾驶员的转向输入而相对于轴22绕竖直轴线枢转。球接头26优选地具有相同或类似的构造，以减少在将球接头26安装在实心轴组件20中时的误差。每个球接头26具有与转向节24或轴22固定地附接的壳体30和固定地附接到另一者的球头螺栓28。
现在参考图3，对于球接头26中的每个球接头，壳体30具有环绕内孔的内表面，该内孔沿着中心轴线A从壳体30的封闭的第一端部处的下壁32延伸到壳体30的开口的第二端部。下壁32具有润滑剂开口，该润滑剂开口(容纳)油脂加注嘴34(也称为油枪加注嘴)，该油脂加注嘴用于将润滑剂诸如润滑脂输送到内孔中以既初始地润滑球接头26的部件又作为日常维护的一部分，重新润滑球接头26。壳体30优选地制成为整体金属(诸如钢或钢合金)件，并且可通过任何合适的工艺或工艺组合(包括例如锻造、铸造、机加工等)成形。在示例性实施方案中，壳体30具有盒式构造，因为它被构造用于压配合到轴22(在图1中示出)或转向节24(也在图1中示出)中的开口中。
如图4所示，壳体30的内孔具有从下壁32到开口的第二端部逐渐增大的直径。具体地，内孔连续地具有第一部分36、第二部分38和第三部分40，该第一部分邻近下壁32、具有大致恒定的第一直径D1，该第二部分具有逐渐增大的直径，该第三部分邻近开口的第二端部、具有大致恒定的第二直径D2。如图所示，第三部分40的第二直径D2大于第一部分36的第一直径D1。在第二部分38中，壳体30的内表面是弯曲的，以在朝向开口的第二端部的轴向上增大第二部分38的直径。在内孔的第二部分38和第三部分40之间，壳体30具有面向开口的第二端部的肩部42。
重新参考图3，球接头26包括设置在壳体30的内孔中的背衬轴承44和出口轴承46。背衬轴承44和出口轴承46具有相应的半球形弯曲的支承表面48、50，这些支承表面被成形为在壳体30和球头螺栓28之间提供低摩擦界面，从而允许壳体30和球头螺栓28在车辆操作期间相对于彼此进行旋转和关节运动。
背衬轴承44容纳在内孔的第一部分36中，并且具有半球形弯曲的第一支承表面48，该第一支承表面轴向地面向壳体30的开口的第二端部。背衬轴承44还具有外表面，该外表面具有比第一部分36(在图4中示出)的第一直径D1(也在图4中示出)小的外径，以在背衬轴承44的外表面和壳体30的内表面之间提供间隙(在图6中放大)。如此，允许背衬轴承44在内孔的第一部分36内在由间隙建立的限制内在径向方向上浮动。背衬轴承44还包括润滑剂开口，该润滑剂开口与壳体30的下壁32的润滑剂开口对准。示例性实施方案的第一支承表面48设置有形成在其上的多个第一沟槽，这些沟槽用于将润滑剂从润滑剂开口分配到内孔的第二部分38中。
止推垫圈52在内孔的第一部分36中定位在背衬轴承44和壳体30的下壁32之间，以在背衬轴承44和下壁32之间提供低摩擦界面，从而允许背衬轴承44在壳体30的内孔内更自由地移动。在示例性实施方案中，背衬轴承44的与弯曲的第一支承表面48相对的下表面具有多个润滑剂通道，这些润滑剂通道用于在背衬轴承44和止推垫圈52之间输送润滑剂以进一步减小背衬轴承44和止推垫圈52之间的摩擦。止推垫圈52优选地由金属或聚合物材料制成，并且可通过任何合适的工艺成形。
球头螺栓28具有圆柱形部分54、柄部分56和半球形弯曲部分58。在示例性实施方案中，半球形弯曲部分为大致半球形形状(即，球的大约一半)，并且因此在下文中称为“半球部分58”。半球部分58和圆柱形部分54完全设置在壳体30的内孔中，并且柄部分56通过壳体30的开口的第二端部从内孔突出。球头螺栓28还具有第一平面表面60，该第一平面表面为环形形状并且在半球部分58的大约中纬线和圆柱形部分54之间延伸。当球头螺栓28处于图5所示的竖直取向时，第一平面表面60位于垂直于中心轴线A的平面中。在轴向方向上，圆柱形部分54从第一平面表面60到柄部分56具有恒定直径。柄部分56延伸到远侧端部，该远侧端部带螺纹以用于容纳螺母，从而将球头螺栓28与轴22(在图1中示出)或转向节24(也在图1中示出)固定地附接。
制成为与球头螺栓28分开的件的第三轴承62围绕球头螺栓28的圆柱形部分54环形地延伸。在轴向方向上，第三轴承62位于背衬轴承44和出口轴承46之间。第三轴承62具有弯曲外表面，该弯曲外表面具有与球头螺栓28的半球部分58类似的曲率半径。因此，第三轴承62和球头螺栓28的半球部分58一起限定球形或大致半球形形状。第三轴承62具有第二平面表面64，该第二平面表面为环形形状并且与球头螺栓28的第一平面表面60表面对表面且滑动接触。第三轴承62与球头螺栓28呈间隙配合或疏松配合关系，使得其可围绕中心轴线A绕球头螺栓28自由地旋转。第三轴承62优选地制成为整体金属(诸如钢或合金钢)件，并且可通过任何合适的操作成形。
径向环66定位在内孔的第三部分40中并且抵接壳体30的肩部42。径向环66是与背衬轴承44分开的件，并且与背衬轴承44轴向间隔开内孔的第二部分38中的间隙。径向环66为环形形状并且具有径向朝内的表面，该径向朝内的表面与球头螺栓28的半球部分58和/或第三轴承62滑动接触以用于在球头螺栓28和壳体30之间传递径向力。在示例性实施方案中，径向环66的内表面包括多个润滑沟槽，这些润滑沟槽用于跨径向环66在内孔中轴向地输送润滑剂。背衬轴承44和径向环66之间的间隙充当容纳润滑剂的润滑贮存器。
出口轴承46容纳在内孔的第三部分40中，并且其第二弯曲支承表面50与第三轴承62的弯曲外表面滑动接触以允许第三轴承62和球头螺栓28在车辆操作期间相对于壳体30进行旋转和关节运动。在示例性实施方案中，出口轴承46的第二弯曲支承表面50具有多个润滑沟槽，这些润滑沟槽用于跨出口轴承46和第三轴承62之间的接触表面分配润滑剂。出口轴承46具有大致平坦或平面的顶表面，该顶表面面向壳体30的开口的第二端部。
在车辆的操作期间，部件在内孔内部的这种布置确保径向环66传递球头螺栓28和壳体30之间的所有或基本上所有的径向力，同时背衬轴承44和出口轴承46传递球头螺栓28和壳体30之间的所有或基本上所有的轴向力。
球接头26还包括粉尘防护罩68，该粉尘防护罩抵靠壳体30并且抵靠球头螺栓28的柄部分56密封以将润滑剂维持在球接头26的内部中并将污染物保持在球接头26之外。粉尘防护罩68包括第一防护罩端部，该第一防护罩端部具有径向向外延伸的凸缘和在罩主体内包封在径向向外延伸的凸缘处的呈贝氏垫圈70(也称为垫圈弹簧)形式的弹簧70(在图7中最佳地示出)。径向向外延伸的凸缘与出口轴承46的平坦顶表面表面对表面接触。防护罩主体由柔性密封材料(诸如橡胶或塑性材料)制成，以允许粉尘防护罩68在壳体30和球头螺栓28相对于彼此进行关节运动时挠曲并维持由此建立的密封。
盖板72定位在防尘罩68的径向向外延伸的凸缘的相对侧处。壳体30变形(诸如通过型锻)成具有径向向内延伸的唇缘74，该唇缘将盖板72和防尘罩68的径向向外延伸的凸缘捕获在径向向内延伸的唇缘74和出口轴承46之间。使壳体30变形还具有以下效果：弹性地压缩贝氏垫圈70以对出口轴承46施加预载力以偏置出口轴承46的弯曲支承表面，从而偏置第三轴承62的弯曲的第二外表面50。
在两个球接头26错误地安装在实心轴组件20中使得球头螺栓28之间的竖直距离不在规定公差内的情况下，球头螺栓28中的一个球头螺栓将最终吸收来自车辆重量的所有或基本上所有的竖直负载。如果发生这种情况，则在承载更大负载的球接头26中，轴向负载将集中在第三轴承62和出口轴承46之间的接触表面的仅一小部分中，从而在该位置产生非常高的压力。此类压力可限制第三轴承62和壳体30之间的相对旋转。然而，在没有由于球头螺栓28的第一平面表面60和第三轴承62的第二平面表面64之间的大表面对表面接触面积造成的过度摩擦的情况下，球头螺栓28和壳体30之间的相对旋转仍然是可能的。因此，第三轴承62允许球头螺栓28和壳体30仍然相对于彼此旋转。球头螺栓28的圆柱形部分54的圆柱形形状确保第三轴承62和球头螺栓28之间的所有轴向力在第一平面表面60和第二平面表面64之间传递并且跨第一平面表面60和第二平面表面64分配。
本申请的另一个方面涉及一种修理实心轴组件20诸如图1所示的实心轴组件20的方法。该方法包括从轴22或转向节24中的开口移除先前磨损的球接头的步骤。方法继续将新的球接头26(诸如上文所讨论并在图2至图8中示出的球接头26)插入开口中的步骤。
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。还应当了解，使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”和“下部”之类的方向性术语是参照附图中某些特征的取向，并非意图要求任何特定取向。

Claims (15)

1.一种球窝组件，包括：
壳体，所述壳体具有内表面和下壁，所述内表面和所述下壁被制成为整体件并且环绕沿着中心轴线延伸的内孔，所述内孔包括弯曲的内孔表面；
球头螺栓，所述球头螺栓具有半球形弯曲部分和圆柱形部分以及柄部分，所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分设置在所述壳体的所述内孔中，并且所述柄部分通过所述壳体的与所述下壁相对的开口端部从所述内孔突出；
背衬轴承和出口轴承，所述背衬轴承和所述出口轴承容纳在所述壳体的所述内孔中，所述背衬轴承和所述出口轴承均具有相应的弯曲内表面；
第三轴承，所述第三轴承容纳在所述球头螺栓的所述圆柱形部分上并且具有弯曲外表面，所述弯曲外表面与所述壳体的所述弯曲的内孔表面配合以及与所述出口轴承和所述背衬轴承中的至少一者的所述弯曲内表面配合以允许所述球头螺栓和所述第三轴承相对于所述壳体进行关节运动和旋转；以及
所述第三轴承与所述球头螺栓的所述圆柱形部分滑动接触以允许所述球头螺栓相对于所述壳体绕所述中心轴线更自由地旋转。
2.根据权利要求1所述的球窝组件，其中所述球头螺栓具有在所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分之间延伸的第一平面表面，其中所述第三轴承具有第二平面表面，并且其中所述第一平面表面和所述第二平面表面彼此表面对表面接触。
3.根据权利要求1所述的球窝组件，其中所述第三轴承轴向地位于所述背衬轴承和所述出口轴承之间。
4.根据权利要求1所述的球窝组件，其中所述第三轴承与所述球头螺栓的所述圆柱形部分呈松配合关系。
5.根据权利要求1所述的球窝组件，还包括：垫圈弹簧，所述垫圈弹簧容纳在所述壳体的所述内孔中并且弹性地变形以对所述出口轴承施加轴向力，从而将所述出口轴承的所述弯曲内表面偏置抵靠所述第三轴承的所述弯曲外表面。
6.根据权利要求1所述的球窝组件，其中所述球头螺栓的所述半球形弯曲部分为大致半球形形状。
7.一种车辆中的实心轴组件，包括：
轴；
转向节；
一对球窝组件，所述一对球窝组件将所述转向节与所述轴可操作地连接并且允许所述转向节相对于所述轴绕竖直轴线旋转；并且
所述球窝组件中的每个球窝组件包括：
壳体，所述壳体具有内表面和下壁，所述内表面和所述下壁被制成为整体件并且环绕沿着中心轴线延伸的内孔，所述内孔包括弯曲的内孔表面；
球头螺栓，所述球头螺栓具有半球形弯曲部分和圆柱形部分和柄部分，所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分设置在所述壳体的所述内孔中，并且所述柄部分通过所述壳体的与所述下壁相对的开口端部从所述内孔突出；
背衬轴承和出口轴承，所述背衬轴承和所述出口轴承容纳在所述壳体的所述内孔中，所述背衬轴承和所述出口轴承均具有相应的弯曲内表面；
第三轴承，所述第三轴承容纳在所述球头螺栓的所述圆柱形部分上并且具有弯曲外表面，所述弯曲外表面与所述壳体的所述弯曲的内孔表面配合以及与所述出口轴承和所述背衬轴承中的至少一者的所述弯曲内表面配合以允许所述球头螺栓和所述第三轴承相对于所述壳体进行关节运动和旋转；以及
所述第三轴承与所述球头螺栓的所述圆柱形部分滑动接触以允许所述球头螺栓相对于所述壳体绕所述中心轴线更自由地旋转。
8.根据权利要求7所述的实心轴组件，其中所述球头螺栓具有在所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分之间延伸的第一平面表面，其中所述第三轴承具有第二平面表面，并且其中所述第一平面表面和所述第二平面表面彼此表面对表面接触。
9.根据权利要求7所述的实心轴组件，其中所述第三轴承轴向地位于所述背衬轴承和所述出口轴承之间。
10.根据权利要求7所述的实心轴组件，其中所述第三轴承与所述球头螺栓的所述圆柱形部分呈松配合关系。
11.根据权利要求7所述的实心轴组件，还包括：垫圈弹簧，所述垫圈弹簧容纳在所述壳体的所述内孔中并且弹性地变形以对所述出口轴承施加轴向力，从而将所述出口轴承的所述弯曲内表面偏置抵靠所述第三轴承的所述弯曲外表面。
12.根据权利要求7所述的实心轴组件，其中所述球头螺栓的所述半球形弯曲部分为大致半球形形状。
13.一种修理实心轴组件的方法，包括以下步骤：
从轴或转向节的开口移除先前使用的球窝组件；
将球窝组件插入所述开口中，所述球窝组件包括：
壳体，所述壳体具有内表面和下壁，所述内表面和所述下壁被制成为整体件并且环绕沿着中心轴线延伸的内孔，所述内孔包括弯曲的内孔表面；
球头螺栓，所述球头螺栓具有半球形弯曲部分和圆柱形部分和柄部分，所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分设置在所述壳体的所述内孔中，并且所述柄部分通过所述壳体的与所述下壁相对的开口端部从所述内孔突出；
背衬轴承和出口轴承，所述背衬轴承和所述出口轴承容纳在所述壳体的所述内孔中，所述背衬轴承和所述出口轴承均具有相应的弯曲内表面；
第三轴承，所述第三轴承容纳在所述球头螺栓的所述圆柱形部分上并且具有弯曲外表面，所述弯曲外表面与所述壳体的所述弯曲的内孔表面配合以及与所述出口轴承和所述背衬轴承中的至少一者的所述弯曲内表面配合以允许所述球头螺栓和所述第三轴承相对于所述壳体进行关节运动和旋转；以及
所述第三轴承与所述球头螺栓的所述圆柱形部分滑动接触以允许所述球头螺栓相对于所述壳体绕所述中心轴线更自由地旋转。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述球头螺栓具有在所述半球形弯曲部分和所述圆柱形部分之间延伸的第一平面表面，其中所述第三轴承具有第二平面表面，并且其中所述第一平面表面和所述第二平面表面彼此表面对表面接触。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三轴承轴向地位于所述背衬轴承和所述出口轴承之间。
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