CN1623044A - 具有小力矩的高性能球窝接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球窝接头的制造方法，该球窝接头具有：一个球面轴颈(2)，它由一个接头轴颈(3)及其一端安装的或形成一体的大致呈球形的球头(4)组成；一个轴瓦(5)；一种预成型的塑料薄膜作为具有一个至少部分包围该球头的接头面(8)的薄壁球窝(7)；和一种注入球头(4)的表面与薄壁球窝(7)的接头面(8)之间的润滑剂(9)。根据该方法，首先将润滑剂(9)注入薄壁球窝(7)中，然后将球面轴颈(2)的球头(4)放入装有润滑剂(9)的薄壁球窝(7)中，紧接着将配有球头(4)的薄壁球窝(7)放入外壳(10)中，最后用一种材料填充薄壁球窝(7)和外壳(10)之间的空隙，以便形成轴瓦(5)。本发明球窝接头(1)的特点是用预成型的塑料薄膜作薄壁球窝(7)。

Description

具有小力矩的高性能球窝接头
本发明涉及一种球窝接头，特别是用于大轴承负荷的球窝接头。
标准球窝接头一般由一个外壳、一个塑料制成的球窝、一种例如润滑脂的润滑剂、一个球面轴颈和一个通常为密封膜盒形状的密封系统组成。
在大负荷例如在轴承的大压力载荷或高的工作温度的情况下，塑料球窝由于塑料材料的蠕变容易引起变形。蠕变过程不但取决于工作温度和球窝的机械载荷，而且还受到球窝的壁厚的影响。一般地，球窝越厚，在载荷时由塑料材料的蠕变引起球窝变形的可能形越大。如果球窝的材料蠕变太大，则在球形接头的间隙中的接头面增加材料磨损。所以，全塑料球窝的标准球窝接头只适用于接头面范围内相当小的压力载荷(即所谓单位面积压力)和适中的温度。
因此，在较高单位面积压力和较高工作温度的使用要求时，应优先选用具有很薄塑料球窝的球窝接头系统。
所以在专利文献DE 41 08 219C2中，提出了这样一种球窝接头的制造方法：球面轴颈的球头涂敷有良好滑动性能的塑料，并用一种纤维编织物罩在涂敷的球表面上。然后将涂敷和罩覆的球头放入一个外壳模中，并用双组分塑料这样填充放有纤维编织物和外壳模之间的空隙，使之把紧贴在涂敷的接头球表面上的纤维编织纹理上。而且纤维织物的纤维必须与球窝接头的主荷载方向一致，所以这种纤维套的制作需要相当的花费。
而在专利公开文献DE 31 27 710 A1中提出的球窝接头的制作方法则在整个涂覆的球头上涂覆一层合成材料制成的磨损模之前，用一种润滑剂涂敷球头。然后把这样制备的球头放入接头外壳模中，最后用一种合成材料填充制备的球头和模之间的间隙，以构成接头外壳。要覆盖润滑剂的磨损的模用一种固化成薄膜的塑料制成。根据该方法，塑料的加工温度必须低于所用的润滑剂的滴点，否则球窝的内表面可补偿球形的球头的凸起偏差。其后果是产生大的接头力矩，导致接头的快速磨损。
所以本发明的目的是提出一种具有很小接头力矩的球窝接头的简单制造方法，而且这种球窝接头适用大的机械载荷或单位面积压力和高的工作温度。
这个目的是通过独立权利要求中所述的特征来实现的。本发明的有利方案可从相关的从属权利要求中得知。
这个目的是通过一种具有一个球面轴颈的球窝接头的制造方法来实现的，该球窝接头由一个具有一端安装或一体形成的大致呈球形的球头的接头轴颈、一个轴瓦、一种预成型的塑料薄膜作为具有一个至少部分包围该球头的接头面的薄壁球窝和一种注入球头的表面与薄壁球窝的接头面之间的润滑剂组成，该方法的实施步骤如下：
a)用润滑剂填充薄壁的球窝；
b)将球面轴颈的球头引入装有润滑剂的薄壁球窝中；
c)按步骤b)把配置有球头的薄壁球窝放入外壳中；
d)用一种材料填充薄壁球窝和外壳之间的空隙的至少一部分，以便构成轴瓦。
用预成型的塑料膜作薄壁球窝可构成一个适用于大的单位面积压力的球窝接头，因为避免了塑料材料的蠕变和在薄塑料膜时由此产生的几何形状的变形。由于薄壁球窝用一种已经预成型的塑料膜制成，因此不必要润滑剂的滴点与塑料膜的加工温度一致。所以象塑料膜材料那样，润滑剂可根据球窝接头的要达到的载荷要求进行自由选用。
用作为薄壁球窝的预成型的塑料膜可通过一端或两端敞口的塑料软管的深拉成型，这样比较经济。预成型的塑料膜具有带一个敞口的帽型，以便安装，其中帽底大致呈凸起的球形，这样就形成了一个与球头的球形几何形状匹配的滑动面，该滑动面保证了接头以很小力矩的灵活运动。
球形接头的长的寿命可通过在接头面区域内制作一个润滑剂容器来实现，所以预成型的塑料薄膜最好在接头面的区域内具有至少一个用来容纳一个润滑剂容器的凹坑。特别是在用两端敞口的塑料软管制作预成型的塑料薄膜时，容纳润滑剂容器的凹坑可通过粘接和/或焊接一根薄壁塑料软管的一端这种经济的方式来构成。粘接例如可用一个具有很小内直径的橡胶圈来进行。
在本发明球窝接头的许多使用方式中，最大的机械载荷和接头面上的最大的单位面积压力发生在接头的赤道区域内，所以在本发明的一个优选实施方案中，在接头面的赤道区域内形成一个凹坑来容纳润滑剂容器。
在较长时间不用后或在极大机械载荷时，不能保证球头的表面总是有润滑剂，因此在工作中不能避免球头和薄壁球窝之间的固体接触。所以塑料球窝的材料除了应对所用的润滑剂具有化学稳定性，还必须对固体接触时具有良好的耐磨性能，以使球窝接头保持极小的磨损。因此，薄壁球窝的预成型的塑料薄膜最好用一种热塑性塑料、弹性体、热塑性塑料的弹性体或这些材料中至少两种的复合物制成。
由于灰尘粒子进入薄壁球窝和球头之间的空间会明显降低球窝接头的寿命，所以在本发明的一个优选实施方案中，预成型的塑料薄膜的孔口做成密封膜盒形式。
球窝接头的轴瓦必须承受全部在其中产生的力，而不引起接头面的变形。所以轴瓦应优先选用热固性塑料，这种塑料即使在大载荷下也不产生蠕变。
为了调节一定的接头力矩，球窝接头的外壳最好相对轴瓦变形或夹紧。
本发明的球窝接头例如可用于汽车的车轮悬架转向拉杆系统。
下面结合一些实施例来详细说明本发明，并参照下列各图进行：
图1a表示本发明球窝接头的第一实施例；
图1b表示预成型的塑料薄膜的一个本发明实施例的两种方案；
图2a表示本发明球窝接头的第二实施例；
图2b表示本发明球窝接头的第三实施例；
图3a表示用于调节一定的接头力矩的本发明球窝接头的一个实施例；
图3b表示用于调节一定的接头力矩的本发明球窝接头的另一个实施例。
相互不同的但等效的件都用相同的数字表示，但其后附带一个表征该实施例的字母。
图1a表示本发明球窝接头1的第一个实施例。球窝接头1由一个支承在一薄壁球窝7内的球面轴颈2和一个轴瓦5组成，该轴瓦支承薄壁球窝7的至少作用轴承力的部分。球面轴颈2可做成整体式或分体式。该球面轴颈由一个接头轴颈3和一个在接头轴颈3一端上的大致呈球状的球头4组成。在整体球面轴颈2时，球头4在接头轴颈3上一体形成。而在分体的球面轴颈2时，该接头轴颈和球头4则按单独的制造方法成型，然后连接成一个球面轴颈2。
在本发明的球窝接头1中，球面轴颈2的球头4被润滑剂9包围。润滑剂9隔离球头4的表面与薄壁球窝7的内表面。薄壁球窝7的内表面的形状大致呈球形，其中只有凸起部与球形略有差异，即特别在球的中心的方向内不容许有凹入差异。薄壁轴瓦7的基本上呈球形的条件只适用于薄壁轴瓦的内表面用作接头面8的区域。所谓接头面8指的是在球头4和轴瓦7之间传递接头力的轴瓦7的那部分。
轴瓦5被一个外壳10包围。在外壳10中，可设置一个槽来固定密封膜盒15。密封膜盒15朝接头轴颈3密封球头上方的接头空间并防止尘土或别的粒子或潮气进入球窝接头1的内部。
根据本发明，例如用图1b所示的预成型塑料薄膜6作为薄壁球窝7。预成型的塑料薄膜6可用任一种公知的制造方法制成，最好用一根一端或两端敞口的塑料软管通过深拉制成。在这种情况下，必须注意预成型的塑料薄膜6的厚度在球形接头面8的区域足够薄，这样，在制成的球窝接头1的载荷条件下，塑料材料才不产生蠕变。
不用一端或两端敞口的塑料软管制作预成型的塑料薄膜6，也可用大面积的塑料薄膜通过深拉制成。
图1b表示一种预成型塑料薄膜6的两个例子。例i)的塑料薄膜例如用一端敞口的塑料软管或用大面积的塑料薄膜通过深拉制成。而第二例ii)的预成型薄膜6则用两端敞口的塑料软管成型。下端可用一个橡胶圈20或用焊接密封。预成型的塑料薄膜6具有一个用来放入球头4的孔口11和一个底部12，该底部的球形曲率与该球头的直径匹配。
在预期的最大机械载荷的区域内或其附近，球窝接头1最好构成润滑剂容器14或14a。为此，在预成型的塑料薄膜6中，一体形成凹坑13或13a或13b。在球窝接头1的轴向载荷时，在极面的区域即在球面接头2的球头侧的端部产生最大的单位面积压力。所以在预成型的塑料薄膜6的底部的中间最好构成一个凹坑13来容纳一个润滑剂存储器14，在用一端敞口的塑料软管来按图1b的例ii)成型塑料薄膜6a时，则通过底侧一端的焊接或通过该端与一个橡胶圈20粘接自动形成一个相应的凹坑13b来容纳一极侧的润滑剂容器14。
在球窝接头1的多数使用场合中，接头面的最大机械载荷即最高的单位面积压力发生在球窝接头面的赤道区域内，所以也在该区域内最好在预成型的塑料薄膜6中形成凹坑13a。为了在接头面的整个赤道区域配置一个润滑剂容器，赤道凹坑13a可做成圆环形来形成一个赤道的润滑剂容器14a。但也可在接头面的赤道区域内设置塑料薄膜的多个凸出部。
作为薄壁的球窝7使用时，预成型的塑料薄膜的壁厚一般为0.1毫米或更少，但在使用很小蠕变倾向的材料时，也可用较大的壁厚。一般来说，预成型的塑料薄膜6或6a的壁厚应当足够地薄，以免在敷设到球窝接头靠近接头轴颈3的上部和在接头轴颈本身上形成皱折。
在图1b所示的预成型塑料薄膜6和6a中，在接头面的赤道区域上部，该薄膜的直径是恒定的并大致等于球头4本身的直径。另一种办法是，在赤道平面上方的区域内，球头的球的形状也可在预成型塑料膜6内继续延伸，这样，该孔就大致相当于球头4和接头轴颈3之间的过渡的直径即接头轴颈本身的直径或相当于一个较小的值。如果孔11比球头的直径小，则在球头4压入预成型的塑料薄膜6时，该孔膨胀变短，但随即在球头上方重新拉回到它原来的大小并可能贴合在接头轴颈上。
下面来说明一个本发明球窝接头的制造方法的要点。在第一个步骤中，预成型的塑料薄膜6或6a即例如图1b的例i)或ii)的预成型塑料薄膜或一种预成型的塑料薄膜的上述任一种用一种润滑剂灌装。润滑剂9的灌装量是这样确定的，使球头的外表面和至少作为接头面8用的由预成型塑料薄膜6或6a制成的薄壁球窝的内表面之间的空间被润滑剂充满。特别是，润滑剂9的灌装量应保证由凹坑13或13a以及可能由13b在球窝中构成的润滑剂容器14或14a的充满。作为润滑剂可用钙或锂皂基的润滑剂、硫酸双氧钼、硅酮或润滑脂。
在预成型的塑料薄膜6或6a用一种润滑剂灌装后，预先把带球头4的球面轴颈2压入预成型的塑料薄膜6或6a中。这时位于该塑料膜中的润滑剂便被分布到球头4的外表面和预成型的塑料薄膜6或6a的内表面之间的整个接触区。如果塑料薄膜6或6a在球面轴颈2压入时不包围球头4和连接在球头4上的接头轴颈3的下部，则可用图1a所示的第一橡胶圈16将它固定在球面轴颈2上。用预成型的塑料薄膜6按这个步骤制成的薄壁球窝7与球头4的外表面对应的内表面8构成接头面，该接头面定义成本发明球窝接头1的球头4和轴瓦5之间的支承面和磨损面。
在下一个步骤中，将球面轴颈2和灌装了润滑剂的薄壁球窝7放入一个外壳10中，然后为了构成轴瓦5，用一种材料填充薄壁球窝7的外表面和外壳10的内表面之间的空隙到这样的程度，使球面轴颈2达到预定的灵活运动和接头面8在机械载荷区域内获得支持。
在由轴瓦5支撑的部分和球窝7的自由部分之间的界面上，可嵌入或浇注第二个橡胶圈17，该橡胶圈防止球窝7在轴瓦5内移动。
作为构成轴瓦5的材料例如可用一种热固性材料例如树脂。树脂浇灌在球窝7和外壳10之间的间隙中并在该处固化而形成轴瓦5。为了获得高的强度和低的热膨胀系数，树脂中例如可掺入纤维。填充后，可将外壳10去掉，但也可保留在轴瓦上，以形成轴瓦的外壁。
适合制作轴瓦的材料即使在较大机械载荷时一般也能保持形状稳定。在这方面特别适用的是热固性塑料例如环氧聚酯类树脂，但也可用纤维增强的压制材料或低熔点的金属。
如前所述，在极大载荷情况下或在球窝接头长时间无载荷后，在球头4和薄壁球窝7的接头面8之间产生固体接触。在这种情况中，球窝的材料必须保证良好的耐磨性。所谓良好的耐磨性特别指的是在固体接触情况下的小的摩擦系数以及小的材料磨损。球窝7的蠕变强度已通过本发明球窝接头的设计用球窝7的很小的壁厚来实现。球窝对球窝接头的机械载荷的支承是通过轴瓦5来实现的。对球窝7的材料的其他要求是对润滑剂9和球窝接头1相关使用范围内暴露的材料的化学稳定性，以及对运行情况中产生的温度的稳定性。
所以作为制造薄壁球窝的材料和制造预成型塑料薄膜6或6a的材料特别适用的材料例如是热塑性塑料、弹性体、热塑性弹性体或这些材料中至少两种的组合。特别是可用诸如聚甲醛、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯共聚物或聚乙烯这类材料作为球窝7的制造材料。
不用图1a所示的单独密封膜盒15来实现球窝接头相对于不利的环境影响的密封，也可将该密封膜盒设计成球窝7a或7b的整体的延续。相应的实施例如图2a和2b所示。
在图2a的实施例1a中，密封膜盒15a是这样集成在球窝7a中的，使该球窝在接头轴颈3和球头4之间的上部密封连接在接头轴颈3上。这时球窝轴颈7a最好用热塑性的弹性体制成。为了增加密封力，球窝7a的孔11的直径选择得小于接头轴颈3的直径，且该孔的边缘终端加厚。加厚可通过孔边缘的适当加工来产生或通过在塑料薄膜中嵌入一个橡胶圈来实现。不用单独的第二个橡胶圈17来使球窝固定在轴瓦5中，也可用一个在相应部位壁厚加厚形式的防滑环17。图2a所示的密封膜盒15a的结构防止接头面8不受粒子或潮气的侵入并由此防止球窝接头的提早磨损。
如果要防止球窝接头1b的上部免遭侵蚀，则用一个与球窝7b组成一体的密封膜盒15b的洋葱式的结构型式。在这种情况下，该密封膜盒的壁厚设计成可变的，即需要高韧性的部位用较薄的壁厚，而需要高度机械稳定性的部位则用较厚的壁厚。密封膜盒的密封可象前述的方式进行或如图2b所示，也可用一个单独的橡胶圈21来实现。
迄今为止所述的本发明球窝接头1、1a和1b的结构型式都是具有小力矩的高性能球窝接头。但在一些使用场合中需要具有一定力矩的球窝接头。这里指的是球窝接头需要一定的力矩来使接头轴颈2围绕球头4的中心倾斜。这个力矩的调节借助于接头面8上的一定单位面积压力的调节来实现。
在图3a所示本发明球窝接头1c的实施例中，外壳10的上缘19卷起，以使被轴瓦5的材料填充的空间缩小或使压力作用到轴瓦5上。轴瓦5的下边由于环18的压入同样作用一个相应的压力。由此作用到轴瓦5上的应力增加接头面8的区域内的压力并由此增加球窝接头1c的力矩。
另一种方案是，如图3b所示，也可通过外壳10的上缘19的弯边来实现一定的力矩的调节例如相当于预定值1～3牛顿米(Nm)、5牛顿米等等。这种结构型式1d特别适用于在下部区域尤其是在外壳10的一个下孔中具有安装螺纹的球窝接头。外壳10的内壁大致接近于球窝的几何形状，所以轴瓦5的壁厚变化极小。通过外壳10的上缘19的压入可在轴瓦5上作用一个压力，由于轴瓦5的相当均匀的壁厚，该压力均匀传递到接头面8上。
为了获得球窝接头1c或1d的一定力矩，在图3a和3b中所述的轴瓦5的这种调紧可在为形成轴瓦5而浇注在外壳10中的材料的固化之前、之中或之后进行。
参考符号表
1，1a，1b，1c，1d  球窝接头
2                  球面轴颈
3                  接头轴颈
4                  球头
5                  轴瓦
6，6a              塑料薄膜
7，7a，7b          球窝
8                  接头面
9                  润滑剂
10                 外壳
11                 塑料薄膜的孔口
12                 塑料薄膜的底
13，13a，13b       凹坑
14，14a            润滑剂容器
15，15a，15b       密封膜盒
16                 第一个橡胶圈
17                 第二个橡胶圈
18                 圈
19                 外壳上缘
20                 橡胶圈
21                 单独的橡胶圈

Claims (16)

1.一种球窝接头的制造方法，该球窝接头具有：
-一个球面轴颈(2)，它由一个接头轴颈(3)及其一端上安装或形成一体的大致呈球形的球头(4)组成；
-一个轴瓦(5)；
-一种塑料薄膜(6，6a)作为具有一个至少部分包围该球头的接头面(8)的薄壁球窝(7、7a、7b)；
-一种注入球头(4)的表面和薄壁球窝的接头面(8)之间的润滑剂(9)；
该制造方法包括以下步骤：
a)将润滑剂(9)注入薄壁球窝(7、7a、7b)；
b)将球面轴颈(2)的球头(4)放入装有润滑剂的薄壁球窝(7、7a、7b)中；
c)把配有薄壁球窝(7、7a、7b)的球头(4)放入一个外壳(10)中；
d)用一种材料填充薄壁球窝(7、7a、7b)和外壳(10)之间的空隙的至少一部分，以便形成轴瓦(5)。
2.按权利要求1的方法，其特征为，用作为薄壁球窝(7、7a、7b)的预成型塑料薄膜(6、6a)通过一端或两端敞口的塑料软管的深拉成型。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为，预成型的塑料薄膜(6、6a)做成一个带一孔口(11)和一个凸起的基本上呈球形的底(12)的帽形。
4.按权利要求1、2或3的方法，其特征为，在预成型塑料薄膜(6、6a)的接头面(8)的区域内至少形成一个用来容纳一个润滑剂容器(14、14a)的凹坑(13，13a，13b)。
5.按权利要求4的方法，其特征为，在预成型塑料薄膜(6a)内，通过薄壁塑料软管一端的粘接和/或焊接来构成接头面(8)区域内用来容纳润滑剂容器(14)的凹坑(13b)。
6.按权利要求4或5的方法，其特征为，在预成型塑料薄膜(6，6a)内，在接头面(8)的极区内构成一个用来容纳润滑剂容器(14)的凹坑(13，13b)。
7.按权利要求4至6任一项的方法，其特征为，在预成型的塑料薄膜(6，6a)内，在接头面(8)的赤道区构成一个用来容纳润滑剂容器(14a)的凹坑(13a)。
8.按权利要求1至7任一项的方法，其特征为，预成型塑料薄膜用一种热塑性塑料、弹性体、热塑性弹性体或这些材料中至少两种的组合制成。
9.按权利要求1至8任一项的方法，其特征为，预成型塑料薄膜(6，6a)的孔口(11)做成密封膜盒(15)。
10.按权利要求1至9任一项的方法，其特征为，用一种热固性塑料材料来构成轴瓦(5)。
11.按权利要求1至10任一项的方法，其特征为，球窝接头(1c，1d)的一定的力矩是通过外壳(10)对轴瓦(5)的变形或夹紧来调节的。
12.球窝接头，具有：
-一个球面轴颈(2)，它由一个接头轴颈(3)及其一端上安装或形成一体的大致呈球形的球头(4)组成；
-一个轴瓦(5)；
-一个薄壁的球窝(7，7a，7b)具有一个至少部分包围球头(4)的接头面(8)；
-一种注入球头(4)的表面和薄壁球窝(7，7a，7b)的接头面(8)之间的润滑剂(9)，其特征为，
-薄壁球窝(7，7a，7b)是一种塑料薄膜(6、6a)。
13.按权利要求12的球窝接头，其特征为，塑料薄膜(6、6a)是一种预成型的塑料薄膜。
14.按权利要求12或13的球窝接头，其特征为，薄壁的球窝(7，7a，7b)按权利要求2至9任一项的方法制作。
15.按权利要求12、13或14的球窝接头，其特征为，轴瓦(5)用一种热固性塑料材料制成。
16.按权利要求12、13、14或15的球窝接头，其特征为，在安装后，外壳(10)相对轴瓦(5)变形或夹紧来调节一定的力矩。
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