CN112879417A - 一种可调刚度的球关节及推力杆总成 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可调刚度的球关节及推力杆总成，属于汽车悬架系统技术领域，包括推力杆支架、销轴、推力杆、球体、轴承外圈和刚度调节套；球体与轴承外圈滑动万向连接；轴承外圈与刚度调节套通过弹力层连接；两侧刚度调节套的对应端面设有调节间隙；推力杆与刚度调节套固定安装；销轴插接于安装轴孔内，并与推力杆支架连接。球关节实现推力杆总成的自由万向旋转，解放弹力层的扭转受力，使弹力层仅受压力载荷；弹力层实现推力杆总成的缓冲功能，降低推力杆传递力过程中的冲击载荷；刚度调节套通过设置调节间隙，实现推力杆总成的刚度调节，提高推力杆总成的可靠性，延长使用寿命，同时实现悬架系统和车桥总成的柔性连接，提高整车的舒适性。
Description
技术领域
本发明属于汽车悬架系统技术领域，具体地说是一种可调刚度的球关节及推力杆总成。
背景技术
重型商用车后悬架系统一般采用平衡悬架，平衡悬架系统中间布置平衡轴总成，并通过上、下推力杆总成实现与车桥的连接，驱动桥的跳动轨迹和力的传递主要通过上下推力杆总成实现，根据受力需要，平衡悬架系统一般布置六根推力杆总成，其中上边两根，下边四根。基于以上的目的，推力杆总成与桥总成的连接一般为铰接结构。
传统的推力杆总成与车桥的连接为球铰接结构，一般采用球销直接硫化橡胶结构，这种结构球销和橡胶硫化为一体，然后压入推力杆球头腔体，其缺点是球销硫化总成存在一定的旋转刚度，如果刚度过大，会导致推力杆总成旋转困难，严重时会导致车辆空载不平路况下车桥总成悬空打滑现象，无法实现驱动功能；整体硫化球销的结构对橡胶变形和撕裂强度有很高的要求，对于大吨位的重型车辆，恶劣工况下启动制动频繁，高频的冲击和扭转容易让橡胶产生塑性变形或者撕裂，严重时有球销脱出推力杆体的现象发生，甚至导致车桥总成定位失控，造成车辆翻车或人员伤亡等恶劣事故发生。
另外一种球铰结构为滑动球销结构，这种结构解放了橡胶的扭转变形，改善了橡胶的受力，但其局限性是其球关节只能采用自润滑方式，或者一次性润滑，即在球销总成装配时灌入润滑脂，一旦压入推力杆球头，则无法再次润滑。这种结构对于载荷较小或路况较好的车辆，其应用具有一定的优势，但对于恶劣路况下大吨位车辆，球关节磨损较快，寿命得不到保证；另外其主体受力结构为中间球体两端扁方的球头销结构，这种结构极大的缺点是在球体和扁方过渡处有较大的应力集中，重载车辆恶劣路况下会发生球头销断裂现象，非常危险。
推力杆总成的刚度影响着悬架和车桥柔性连接的效果，刚度过高会失去柔性连接的效果，造成冲击载荷较大，影响着连接件的寿命；刚度过小，容易失去对车桥总成的精准定位，尤其是车辆启动和制动过程中对车桥的定位。以上两种结构都是橡胶硫化球销总成直接压入推力杆杆体，橡胶的压缩比不可控，一旦需要调节刚度，则必须重新开发球销总成，其开发周期较长，推力杆总成定型过程反复且复杂，多次试验都无法精准定位。
发明内容
为解决上述推力杆总成的刚度无法调节，橡胶硫化结构易发生撕裂、球头销易脱出或断裂，整体使用寿命较短的问题，本发明提供一种可调刚度的球关节及推力杆总成。
本发明一方面是通过下述技术方案来实现的。
一种可调刚度的球关节，包括球体、轴承外圈和两个半环形的刚度调节套；所述球体外侧面与所述轴承外圈内侧面滑动万向连接；所述轴承外圈外侧面与所述刚度调节套内侧面通过弹力层连接；两侧刚度调节套的对应端面设有调节间隙。
本发明的进一步改进还有，上述弹力层的两侧端面均设有向内凹的缓冲槽。
本发明的进一步改进还有，上述轴承外圈外侧面开设有内凹的环槽。
本发明的进一步改进还有，上述球体外侧面设有储油带，所述轴承外圈内侧面设有轴承外圈储油槽。
本发明的进一步改进还有，上述球体上开设有安装轴孔；所述安装轴孔内壁开设有球体通油槽和球体储油槽，所述球体储油槽与球体通油槽连通；所述球体上开设有连通所述球体储油槽和储油带的通油孔。
本发明的进一步改进还有，上述储油带沿所述安装轴孔轴向方向相对设置；所述轴承外圈储油槽为两条环形槽，并交叉设置。
本发明的进一步改进还有，上述弹力层为聚氨酯材质，并通过硫化与所述轴承外圈和刚度调节套连接。
本发明另一方面是通过下述技术方案来实现的。
一种推力杆总成，包括推力杆支架、销轴、推力杆和所述的可调刚度的球关节；所述推力杆与所述刚度调节套固定安装；所述销轴插接于所述安装轴孔内，并与所述推力杆支架连接。
本发明的进一步改进还有，上述销轴一端面上开设有与球体储油槽连通的销轴油孔。
从以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：1、未安装前的球关节整体为椭圆主体结构，整体压入推力杆对应的圆柱空腔，压装后的两个刚度调节套完全并拢，使调节间隙的值S变为零，刚度调节套与轴承外圈间的弹力层完成压缩，从而实现推力杆总成的刚度需要。刚度的灵活调节无需重新开发任何零件及总成，结构简单，实现容易，成本低廉，拆卸便捷，安全系数高；且能有效杜绝推力杆总成橡胶硫化结构的撕裂、球头销脱出或断裂问题，延长球关节整体的使用寿命。2、缓冲槽能留出弹力层被压缩的缓冲空间，防止弹力层在压缩安装后出现挤出现象，保证使用的可靠性。3、通过环槽可增加弹力层与轴承外圈的摩擦力，增加两者的定位效果，防止弹力层在挤压时向一侧偏移。4、通过储油带和轴承外圈储油槽对润滑油进行充足的存储，并对结合面进行充分润滑，保证万向转动的顺畅性，降低两者结合面的磨损消耗，大大增加球关节的使用寿命。5、安装轴孔用于安装与推力杆支架连接的销轴，保证便捷拆装；通过销轴油孔对安装轴孔内部进行加注润滑油，依次通过球体通油槽内、球体储油槽和通油孔，到储油带和轴承外圈储油槽内，实现润滑油的存储和对球体和轴承外圈结合面的持续、充分润滑，确保了球关节的自由旋转。6、保证储油带和轴承外圈储油槽能较为充分的存储润滑油，降低润滑油的加注频率；且在球体相对轴承外圈转动时，保证储油带对轴承外圈内侧面充分接触润滑、保证轴承外圈储油槽对球体外侧面充分接触润滑、保证轴承外圈储油槽与储油带始终连通和润滑油始终互补，增加球关节整体的润滑效果。7、聚氨酯材质缓冲性能良好，且硫化工艺对于聚氨酯材质的弹力层附着固定效果更好，结构性能强，保证与刚度调节套内侧面和轴承外圈外侧面连接的牢靠性。8、球关节结构实现了推力杆总成的自由万向旋转，解放了聚氨酯材质的弹力层的扭转受力，使弹力层仅受压力载荷；弹力层可以实现推力杆总成的缓冲功能，降低推力杆传递力过程中的冲击载荷；刚度调节套通过设置调节间隙的值S的大小实现推力杆总成的刚度调节，大大提高了推力杆总成的可靠性，延长整体使用寿命，同时实现了悬架系统和车桥总成的柔性连接，提高了整车的舒适性。9、可通过销轴油孔对球关节的转动结合面持续、便捷加注润滑油，保证球关节的良好润滑，并延长整体使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的球关节结构示意图。
图2为本发明球关节的爆炸图。
图3为本发明球关节的主视结构示意图。
图4为本发明球关节的剖切结构示意图。
图5为本发明具体实施方式的球体和轴承外圈装配结构示意图。
图6为本发明具体实施方式的刚度调节套结构示意图。
图7为本发明具体实施方式的轴承外圈结构示意图。
图8为本发明具体实施方式的轴承外圈剖切结构示意图。
图9为本发明具体实施方式的球体结构示意图。
图10为本发明具体实施方式的球体剖切结构示意图。
图11为本发明推力杆总成的结构示意图。
附图中：1、安装轴孔，2、球体，21、球体通油槽，22、球体储油槽，23、通油孔，24、储油带，3、轴承外圈，31、轴承外圈储油槽，32、环槽，4、刚度调节套，41、调节间隙，5、弹力层，51、缓冲槽，6、推力杆支架，7、销轴，8、推力杆，9、螺母，10、销轴油孔。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
如附图所示，一种可调刚度的球关节，包括球形的球体2、环形的轴承外圈3和两个半环形钢质的刚度调节套4；所述球体2外侧面与所述轴承外圈3内侧面配合，且所述球体2相对于轴承外圈3可自由万向旋转；所述轴承外圈3外侧面与两个刚度调节套4内侧面通过弹力层5固定连接；两侧的刚度调节套4的对应端面间留有调节间隙41，即为图3中的距离S，根据具体工况确定其值的大小。
使用时，推力杆8和推力杆支架6分别与所述刚度调节套4和球体2连接；其刚度的调节主要由最外层的刚度调节套4实现。所述刚度调节套4为整体圆柱套一分为二的对半结构，在实施时，将完整的金属圆柱套加工为完全对称的两部分，且必须成对使用，保证先分开而后并拢时实现完全对接。根据推力杆总成的刚度需要，计算弹力层5的压缩比，并通过调节最外层的刚度调节套4的调节间隙41(距离为S)来实现，未安装前的球关节整体为椭圆主体结构。整体压入推力杆8对应的圆柱空腔，推力杆8的圆柱空腔与刚度调节套4未分半之前的直径一致，使用压力机强力压入，压装后的两个刚度调节套4完全并拢，使调节间隙41的值S变为零，刚度调节套4与轴承外圈3间的弹力层5完成压缩，从而实现推力杆总成的刚度需要。若是推力杆总成刚度过高而需要降低，则只需在附着弹力层5时减小两刚度调节套4的调节间隙41的值S，降低弹力层5的压缩比即可实现；若是推力杆总成刚度过低需要增加，则只需在附着弹力层5时增加两刚度调节套4的调节间隙41的值S，增大弹力层5的压缩比即可实现。而上述刚度的灵活调节无需重新开发任何零件及总成，结构简单，实现容易，成本低廉，拆卸便捷，安全系数高；且能有效杜绝推力杆总成橡胶硫化结构的撕裂、球头销脱出或断裂问题，延长球关节整体的使用寿命。
所述弹力层5的两侧端面均设有向内凹的缓冲槽51。所述缓冲槽51呈圆弧形的凹槽。通过缓冲槽51的设置，在对整体的球关节安装时，弹力层5被轴承外圈3和弹力层5挤压形变，能留出弹力层5被压缩的缓冲空间，防止弹力层5在压缩安装后出现挤出现象，保证使用的可靠性。
所述轴承外圈3外侧面中线上开设有内凹的环槽32。通过环槽32可增加弹力层5与轴承外圈3的摩擦力，增加两者的定位效果，防止弹力层5在挤压时向一侧偏移，保证使用的可靠性；所述刚度调节套4的内侧面中线上亦可开设内凹的环槽，同样可避免弹力层5相对刚度调节套4向一侧滑动偏移。
所述球体2外侧面设有储油带24，所述轴承外圈3内侧面设有轴承外圈储油槽31。通过球体2外侧面的储油带24和轴承外圈3内侧面的轴承外圈储油槽31对润滑油进行充足的存储，并对球体2和轴承外圈3的结合面进行充分润滑，保证万向转动的顺畅性，降低两者结合面的磨损消耗，大大增加球关节的使用寿命。
如图9和10所示，所述球体2上开设有安装轴孔1；所述安装轴孔1内壁开设有螺旋状的球体通油槽21和环形的球体储油槽22，所述球体储油槽22设置于所述安装轴孔1的中线位置，所述球体储油槽22与球体通油槽21连通；所述球体2上开设有连通所述球体储油槽22和储油带24的通油孔23。安装轴孔1用于安装与推力杆支架6连接的销轴7，保证便捷拆装。可通过销轴7上的销轴油孔10对安装轴孔1内部进行加注润滑油，加入到螺旋状的球体通油槽21内和环形的球体储油槽22内，并通过通油孔23输入到储油带24内，并加入到轴承外圈储油槽31内，实现润滑油的存储和对球体2和轴承外圈3结合面的持续、充分润滑，确保了球关节的自由旋转；且加注的润滑油可通过螺旋状的球体通油槽21均布分配到安装轴孔1的内壁上，增加与销轴7之间的润滑，防止长时间使用后，销轴7与安装轴孔1之间发生磨损。优选的，所述球体通油槽21两端不贯通所述球体2端面，防止加注的润滑油从球体通油槽21的两端挤出，避免润滑油的浪费。
如图7-9所示，所述储油带24设置为两条，且沿所述安装轴孔1轴向方向相对设置；所述轴承外圈储油槽31为两条环形槽，并倾斜相对交叉设置。保证储油带24和轴承外圈储油槽31能较为充分的存储润滑油，降低润滑油的加注频率；且在球体2相对轴承外圈3转动时，保证储油带24对轴承外圈3内侧面充分接触润滑、保证轴承外圈储油槽31对球体2外侧面充分接触润滑、保证轴承外圈储油槽31与储油带24始终连通和润滑油始终互补，增加球关节整体的润滑效果，保证球关节的可靠、安全运行。
所述弹力层5为聚氨酯材质，并通过硫化工艺与所述轴承外圈3和刚度调节套4固定连接。聚氨酯材质缓冲性能良好，且硫化工艺对于聚氨酯材质的弹力层5附着固定效果更好，结构性能强，保证与刚度调节套4内侧面和轴承外圈3外侧面连接的牢靠性。
如图11所示，一种推力杆总成，包括推力杆支架6、销轴7、推力杆8和所述的可调刚度的球关节；所述推力杆8与所述刚度调节套4固定安装，具体的，推力杆8端部设有圆柱状的空腔，与刚度调节套4直径匹配，可调刚度的球关节整体挤压插合于所述推力杆8的圆柱状的空腔内；所述销轴7插接于所述安装轴孔1内，并与所述推力杆支架6连接。具体的，所述推力杆支架6呈U型结构，销轴7依次贯穿推力杆支架6的一侧翼板、安装轴孔1和推力杆支架6的另一侧翼板，销轴7一端设有凸台，另一端通过螺母9旋接安装。保证推力杆支架6、销轴7和球关节之间拆装的便捷性。
推力杆8两端压入球关节，通过销轴7与推力杆支架6固定连接。球关节结构实现了推力杆总成的自由万向旋转，解放了聚氨酯材质的弹力层5的扭转受力，使弹力层5仅受压力载荷；弹力层5可以实现推力杆总成的缓冲功能，降低推力杆8传递力过程中的冲击载荷；刚度调节套4通过设置调节间隙41的值S的大小实现推力杆总成的刚度调节，大大提高了推力杆总成的可靠性，延长整体使用寿命，同时实现了悬架系统和车桥总成的柔性连接，提高了整车的舒适性。
所述销轴7一端面上开设有与球体储油槽22连通的销轴油孔10，所述销轴油孔10整体呈L型，销轴油孔10的注油口设置于所述销轴7的一端面中心，并封堵有封堵塞。可通过销轴油孔10对球关节的转动结合面持续、便捷加注润滑油，保证球关节的良好润滑，并延长整体使用寿命；封堵塞的设置可防止在不加注润滑油时，内部润滑油的反流挤出现象。
本可调刚度的球关节及推力杆总成，刚度的灵活调节无需重新开发任何零件及总成，结构简单，实现容易，成本低廉，拆卸便捷，安全系数高；且能有效杜绝推力杆总成橡胶硫化结构的撕裂、球头销脱出或断裂问题，延长球关节整体的使用寿命。球关节实现推力杆总成的自由万向旋转，解放弹力层的扭转受力，使弹力层仅受压力载荷；弹力层实现推力杆总成的缓冲功能，降低推力杆传递力过程中的冲击载荷；刚度调节套通过设置调节间隙，实现推力杆总成的刚度调节。从而实现推力杆总成的可旋转、可缓冲、可润滑和刚度可调节的要求，大大提高推力杆总成的可靠性，延长使用寿命，同时实现悬架系统和车桥总成的柔性连接，提高整车的舒适性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”“内侧”等如果存在是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种可调刚度的球关节，其特征在于，包括球体(2)、轴承外圈(3)和两个半环形的刚度调节套(4)；所述球体(2)外侧面与所述轴承外圈(3)内侧面滑动万向连接；所述轴承外圈(3)外侧面与所述刚度调节套(4)内侧面通过弹力层(5)连接；两侧刚度调节套(4)的对应端面设有调节间隙(41)。
2.根据权利要求1所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述弹力层(5)的两侧端面均设有向内凹的缓冲槽(51)。
3.根据权利要求1所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述轴承外圈(3)外侧面开设有内凹的环槽(32)。
4.根据权利要求1所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述球体(2)外侧面设有储油带(24)，所述轴承外圈(3)内侧面设有轴承外圈储油槽(31)。
5.根据权利要求4所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述球体(2)上开设有安装轴孔(1)；所述安装轴孔(1)内壁开设有球体通油槽(21)和球体储油槽(22)，所述球体储油槽(22)与球体通油槽(21)连通；所述球体(2)上开设有连通所述球体储油槽(22)和储油带(24)的通油孔(23)。
6.根据权利要求5所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述储油带(24)沿所述安装轴孔(1)轴向方向相对设置；所述轴承外圈储油槽(31)为两条环形槽，并交叉设置。
7.根据权利要求1所述的可调刚度的球关节，其特征在于，所述弹力层(5)为聚氨酯材质，并通过硫化与所述轴承外圈(3)和刚度调节套(4)连接。
8.一种推力杆总成，其特征在于，包括推力杆支架(6)、销轴(7)、推力杆(8)和权利要求1-7任一项所述的可调刚度的球关节；所述推力杆(8)与所述刚度调节套(4)固定安装；所述销轴(7)插接于所述安装轴孔(1)内，并与所述推力杆支架(6)连接。
9.根据权利要求8所述的推力杆总成，其特征在于，所述销轴(7)一端面上开设有与球体储油槽(22)连通的销轴油孔(10)。
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