CN201090600Y - 整体复合球碗式球铰 - Google Patents

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刘伟
陈谦
李箐
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整体复合碗式球铰，属于一种轴承结构。球碗2呈轴向有切缝或开口5的不封闭管状，在球碗2的外圆周表面上包覆有弹性支撑垫3。将球铰胀紧在套管10中，同时也对球碗2进行压紧力补偿，可消除球碗2磨损产生的配合间隙，降低球碗2的径向刚度，缓解球销1对球碗2的动态冲击，防止球碗2受冲击而破裂，缓冲能力大大提高，球碗2对球销1包覆面较大，抗侧推效果好，工作性能稳定且寿命延长。强度高，动态磨损小，抗动态疲劳性能提高，安装方便，承载能力大，可以适应较恶劣的工况。适于重型工程车辆底盘平衡悬挂系统用推力杆使用，也适于作为承载力较大的各种轴承。

Description

整体复合球碗式球铰
技术领域
本实用新型涉及一种汽车平衡悬架系统推力杆总成的球铰。具体来说涉及一种重型工程车平衡悬架系统推力杆用的整体复合碗式球铰。也涉及一种轴承结构。
背景技术
目前，汽车底盘平衡悬挂系统用推力杆总成的球铰，又称接头体有三大类结构形式，硫化橡胶式球销固定型、橡胶衬套式直销转动型和球碗式球销转动型。硫化橡胶式球销固定型球铰又称整体式球铰或固定式球铰，一般讲刚度较低，径向刚度可调，缓冲效果好，抗侧向载荷能力强，组件少，拆装简单。但橡胶体受力复杂，易出现胶体撕裂、磨损、及老化开化问题，产品寿命较低。限于橡胶材料的特性，承载能力中上，不能适应崎岖路面销轴扭转幅度过大、不适用于重型工程车辆重载、超载。橡胶衬套式直销转动型球铰球又称半整体式球铰，所受的径向扭转力矩由不同部件加以分解解决，可缓解各组件工作环境。胶层厚度大，产品径向刚度更低，缓冲效果较佳，技术成熟。但胶层只能有效抗径向拉压，抗侧向载荷及轴向摆动力矩能力过低，易出现脱胶、过度挤压破坏，寿命短，塑料磨擦套管在承受多向力的环境下，受力不均，两端口部位极易塑变、磨损，形成喇叭头，产品无法继续使用，受结构限制，产品径向刚度过低，承载能力低，也不适用于重型工程车辆。球碗式球销转动型球铰又称球碗式球铰或斯泰尔式球铰，它分左右两对称半个球碗，弹性补偿垫位于球碗两外侧部位，承载能力高，对较恶劣的工况适应性强，适应崎岖路面销轴扭转幅度过大、抗侧向载荷能力较好。适用于重型工程车辆重载、超载。但其径向刚度过大，缓冲效果不理想，左右两半球碗承受径向载荷时，易向两侧分离，导致承压面减小，单位面积压强过大，磨损程度加剧，影响该产品的寿命。中国专利公告号：CN 2481909Y，公告日：2002年3月13日，实用新型名称：《一种带尼龙球面轴承的传动装置》，提出了在摇臂上的孔内设置尼龙球面轴承与球形柱塞头配合的技术方案。具有冲击、振动小，噪音低，使用寿命长的特点。但此结构仍存在承载能力较低，抗侧向载荷性能及缓冲效果较差，安装不便和使用寿命有待提高的缺陷。
发明内容
本实用新型主要是解决现有球碗式球铰刚性过大，缓冲效果较差，易磨损，单位面积压强大，抗侧向载荷性能差以及现有硫化橡胶式球销固定型球铰胶体易损坏，承载能力有限，使用寿命较低，不适于重载车辆的技术缺陷，提供一种承载能力大，抗侧向载荷及弹性缓冲性能好，受力均匀，耐磨损，使用寿命长的整体复合碗式球铰。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：整体复合碗式球铰，包括球销，球碗和挡圈，球碗呈轴向有切缝或开口的不封闭管状，在球碗的外圆周表面上包覆有弹性支撑垫。
在与球销接触的内层采用强度高，耐磨性好的材料构成球碗，在其外层采用软质弹性材料作为弹性支撑垫，两者复合组成整体复合球碗，兼顾了大载荷工况耐磨损和抗冲击性能的要求，在与推力杆端头套管进行过盈或过渡配合时，可以实现球碗内表面对球销球头的完整包覆，最大程度地扩大球碗与球销的有效磨擦面，降低球碗的表面压强，减缓球碗的磨损速率。避免分体式结构的球碗在承受径向载荷时，左右两半球碗出现侧移，造成有效接触面的减小。当球销发生向轴向窜动时，由于球碗的固定面积的倍增，可提供更大的抗侧推阻力。在将球销装入球碗时，可用工装夹具拉大或撑大球碗的切缝或开口，扩大球碗的内孔径，实现球碗的压装。
本实用新型的球碗由弹性金属材料或塑料制成，弹性支撑垫由橡胶或软质塑料制成。
本实用新型的弹性支撑垫呈封闭管状或轴向有切缝或开口的不封闭管状。
本实用新型还可以在球碗的外圆周表面上设置有轴向凹槽和环形凸台，弹性支撑垫的内表面上对应设置有凸台和凹槽。增加球碗与弹性支撑垫的连接强度，防止球碗转动。
本实用新型还可以在球碗的内表面设置有轴向贯通的沟槽。以利于贮存润滑脂、积屑和排屑。
因此，本实用新型具有如下优点：1.在球碗外部包覆有弹性支撑垫，将球铰胀紧在套管中，同时也对球碗进行压紧力补偿，消除球碗在使用过程中由于内表面磨损产生的配合间隙，降低球铰的径向刚度，缓解球销对球碗的动态冲击，防止球碗受冲击而破裂。较现有分体球碗式球铰弹性缓冲能力大大提高，球碗对球销包覆面较大，抗侧推效果好，工作性能稳定且寿命延长。2.球碗强度较高，耐磨损，动态磨损小，抗动态疲劳性能提高。3.安装方便，承载能力大，可以适应较恶劣的工况，适于重型工程车辆底盘平衡悬挂系统用推力杆使用，也适于作为承载力较大的各种轴承。
附图说明
图1是本实用新型应用于重型工程车平衡悬架系统推力杆的一种结构示意图；
图2是图1中本实用新型结构的放大图；
图3是一种球碗和弹性支撑垫的结构示意图
图4是图3的左视图。
图中，球销1，球碗2，弹性支撑垫3，挡圈4，切缝或开口5，凹槽6，沟槽7，防尘罩8，环形凸台9，套管10，卡簧11。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图说明，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
整体复合碗式球铰，包括球销1，球碗和挡圈4，球碗2呈轴向有切缝或开口5的不封闭管状，在球碗2的外圆周表面上包覆有弹性支撑垫3。
参见图1，图2，在推力杆套管10内，由球碗2，弹性支撑垫3和现有的球销1、挡圈4、卡簧11、防尘罩8组成了本实用新型的整体复合球碗式球铰。
参见图1，图2，图3，图4，球碗2是与球销1外圆周表面形状相适应的管球状整体结构，球碗2的内表面对球销1球头完整包覆，外周两端为一定宽度的锥球面，球碗2上有一个轴向贯通的切缝或开口5，表现为球碗2每一个径向的断面均呈现带有切缝或开口5的不封闭环状。球碗2由弹性金属材料或塑料制成，所述的塑料可以是具有自润滑性的尼龙、聚甲醛、聚四氟乙烯等。球碗2上的切缝或开口5以及自身材料的高韧性和弹性有助于实现球碗2的无损装配。在球碗2的外圆周表面上设置有轴向凹槽6和环形凸台9，弹性支撑垫3的内表面上对应设置有凸台和凹槽。环形凸台9设置在球碗2的外圆周表面上。轴向凹槽6则沿球碗2的外圆周表面等分均布。在球碗2的内表面设置有轴向贯通的沟槽7，沟槽7径向等分均布，可以贮存润滑脂、积屑和排屑。
弹性支撑垫3轴向断面呈与环形凸台9对应的“凹”状，径向断面呈封闭环状或是在球碗2开口部位带有切缝或开口5的不封闭环状，整体覆盖球碗2的外表面及两端外锥球面。弹性支撑垫2轴向宽度比球碗2宽，弹性支撑垫3的外圆柱状表面与推力杆端头的套管10内孔过盈或过渡配合，在使用状态下，弹性支撑垫3受两挡圈4及套管10三个方向的压缩而产生一定弹性形变，贮存一定量的弹力。弹性支撑垫3的作用一是将球碗2和球销1胀紧在套管10中，同时也对球碗2进行压紧力补偿，消除球碗2在使用过程中由于内表面磨损产生的配合间隙。二是降低球碗2的径向刚度，缓解球销1对球碗2的动态冲击，防止球碗2受冲击破裂。三是防止球碗2在套管10内转动。
弹性支撑垫3由橡胶或软质塑料制成。采用注塑成型或浇铸成型的方法固接在球碗2上，如采用在球碗2外圆周表面上预涂胶后注塑或浇铸硫化橡胶的方法将弹性支撑垫3固定在球碗2上；也可以先在球碗2的外圆周表面上制有倒梯型的环形凸台9和轴向凹槽6，再注塑或浇铸弹性支撑垫3。
球碗2上的开口5是在完成上述工艺后，用切割工具加工形成的，也可以是在球碗2注塑或浇注成型过程中自然形成。
安装时，在球销1上依次套入挡圈4、其外表面固接有弹性支撑垫3的球碗2和另一挡圈4，再将球销1、带弹性支撑垫3的球铰2和挡圈4一并压装在推力杆端头的套管10内。在向球销1安装球碗2时，可用工装夹具如卡钳拉大或撑大球碗2上的切缝或开口5，扩大球碗2的内孔径，实现球碗2的压装。挡圈4以及套管10内壁从轴向和径向压迫软质的弹性支撑垫3，使其受压缩达到规定的变形，产生一定量的周向弹力。压装到位后，将卡簧11卡在推力杆套管10的卡槽内，即可完成对整个球铰副的安装。
本实用新型球铰的刚度接近于橡胶球铰，较好地改善了球碗式球销转动型球铰中球碗固有刚度过大的缺陷；具有良好的缓冲能力；球碗2及球销1的动态磨损小，耐磨损性能提高。在重载工程车底盘平衡悬架推力杆中对本实用新型球铰进行室内台架疲劳试验(80千牛负荷，销轴径扭转±15°，偏转8°)：现有橡胶固定式球铰径向刚度80千牛/毫米，疲劳试验16万次时销轴断裂，橡胶层磨损严重。分体球碗式球铰径向刚度400千牛/毫米，疲劳试验4万次时磨擦严重，存在明显塑料磨屑，局部区域磨损深度1.2毫米。而本实用新型球铰径向刚度120千牛/毫米，通过了50万次试验，且球销1和球碗2表面光洁，最大磨损深度0.5毫米。磨损状态良好，说明其抗动态疲劳性能好，适应恶劣工况的性能较好。

Claims (5)

1.整体复合碗式球铰，包括球销(1)，球碗和挡圈(4)，其特征在于：球碗(2)呈轴向有切缝或开口(5)的不封闭管状，在球碗(2)的外圆周表面上包覆有弹性支撑垫(3)。
2.根据权利要求1所述的整体复合碗式球铰，其特征在于：球碗(2)由弹性金属材料或塑料制成，弹性支撑垫(3)由橡胶或软质塑料制成。
3.根据权利要求1或2所述的整体复合碗式球铰，其特征在于：弹性支撑垫(3)呈封闭管状或轴向有切缝或开口(5)的不封闭管状。
4.根据权利要求1或2所述的整体复合碗式球铰，其特征在于：在球碗(2)的外圆周表面上设置有轴向凹槽(6)和环形凸台(9)，弹性支撑垫(3)的内表面上对应设置有凸台和凹槽。
5.根据权利要求1或2所述的整体复合碗式球铰，其特征在于：在球碗(2)的内表面设置有轴向贯通的沟槽(7)。
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