CN210623383U - 球座组件 - Google Patents

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格伦·C·帕克
埃里克·M·科普西
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Abstract

本实用新型披露了一种球座组件。球座组件包括由包括下部壁的整体件制成的壳体。球头销的球头部分布置在该壳体的内部孔洞中。由聚合材料制成的出口支承件布置在该内部孔洞中并且至少与该球头部分的一个半球体滑动接触。该出口支承件所具有的上表面面朝该壳体的开放的末端。盖板沿表面对表面接触区域与该出口支承件的上表面直接接触。该表面对表面接触区域从其径向最外末端到其径向最内末端朝向该开放的末端成角以用于支持该出口支承件对抗响应于从该球头销的球头部分在该出口支承件上施加轴向载荷而产生的径向膨胀。

Description

球座组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年5月18日提交的美国临时申请号62/673,616的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本实用新型总体上涉及配置成用于在车辆悬架组件中使用的类型的承座组件。
背景技术
球形联结器是一种承座组件，其包括可以铰接并且相对于彼此旋转的壳体和球头销。常常会在汽车悬架系统中发现这样的球形联结器将一对控制臂与转向节相连。每个球形联结器典型地包括一个或多个支承件，这些支承件接纳在壳体的开放的内部中、在壳体与球头销之间以允许转向节相对于控制臂移动。
在轴向力以与球头销延伸出壳体的方向相同的方向施加在球头销上的应用中，有必要以限制支承件和球头销在壳体内的轴向移动的方式来支持这些力(反向载荷)。在支承件由塑料制成的情况下，塑料材料可能在载荷下由于支承件与球头销之间的接触角而膨胀。因此，需要金属盖板来限制球头销的轴向移动，与此同时限制塑料支承件的移动。在预期有非常大反向载荷的情况下，则增加金属盖板的截面尺寸和/或盖板金属的强度类型以获得支持这种大的反向轴向载荷所需的强度。这些解决方案中的任一者(增加盖板厚度或强度)典型地增加了制造球形联结器的成本并且可能与球头销在壳体内的栓销摆动相干涉或对其有所限制。
实用新型内容
本实用新型一方面涉及例如用于在车辆悬架或转向系统中使用的球座组件。该球座组件包括由包括下部壁的整体件制成的壳体。该壳体具有内部孔洞，该内部孔洞沿中心轴线从该下部壁处的关闭的第一末端延伸到与该下部壁相反的开放的第二末端。该球座组件进一步包括球头销，该球头销具有球头部分和柄部部分。该球头部分布置在该壳体的内部孔洞中并且具有相反的第一半球体和第二半球体。该柄部部分通过该开放的第二末端伸出该壳体。由聚合材料制成的出口支承件布置在该壳体的内部孔洞中并且至少与该球头销的球头部分的第一半球体和第二半球体之一滑动接触。该出口支承件所具有的上表面轴向面朝该壳体的开放的第二末端。盖板还在该内部孔洞中布置成沿具有环形形状的表面对表面接触区域与该出口支承件的上表面直接接触，以便将该出口支承件捕获在该壳体的内部孔洞中。该表面对表面接触区域从该表面对表面接触区域的径向最外末端到该表面对表面接触区域的径向最内末端轴朝向该壳体的开放的第二末端成角以用于支持该出口支承件对抗响应于从该球头销的球头部分在该出口支承件上施加轴向载荷而产生的径向膨胀。
根据本实用新型的另一个方面，该盖板具有面朝该内部孔洞的开放的第二末端的顶部表面。该顶部表面具有内部边缘和外部边缘，并且在轴向方向上，该外部边缘与该内部边缘相比更靠近该内部孔洞的开放的第二末端以允许增加该球头销相对于该壳体的摇摆角度范围。
根据本实用新型的又另一个方面，该盖板的顶部表面具有部分轮环形的形状。
根据本实用新型的还另一个方面，该壳体邻近该内部孔洞的开放的第二末端被径向向内变形成将该盖板捕获在该内部孔洞中。
根据本实用新型的另一个方面，该盖板由金属制成。
根据本实用新型的又另一个方面，该盖板向外延伸过该出口支承件的最外周边。
根据本实用新型的还另一个方面，该出口支承件与该球头部分的第二半球体并且与该球头部分的赤道都处于滑动状态，其中，该赤道划分该第一半球体和该第二半球体。
根据本实用新型的另一个方面，该出口支承件与该壳体的内表面处于紧配合关系。
根据本实用新型的又另一个方面，该球座组件进一步包括背靠支承件，该背靠支承件被做成与该出口支承件分开的件。该背靠支承件布置在该壳体的内部孔洞中并且与该球头销的球头部分的第一半球体滑动接触。
根据本实用新型的还另一个方面，该壳体的下部壁是通过铸造、锻造、和机加工操作中的至少一者而成形为其最终形式的。
本实用新型的另一个方面涉及一种制造球座组件的方法。该方法包括制备壳体的步骤，该壳体被做成包括下部壁和内部孔洞的整体件。该内部孔洞沿中心轴线从该下部壁处的关闭的第一末端延伸到与该下部壁相反的开放的第二末端。至少在该壳体的下部壁成形为其最终形式之后，该方法以将球头销的球头部分通过该开放的第二末端插入到该壳体的内部孔洞中的步骤继续。该球头部分具有第一半球体、第二半球体、以及划分该第一半球体和该第二半球体的赤道。该方法继之以将由聚合材料制成的出口支承件通过该开放的第二末端插入到该壳体的内部孔洞中的步骤。该方法以在该球头部分的第一半球体和第二半球体至少一者与该出口支承件之间建立滑动接触的步骤继续。该方法继之以将盖板通过该开放的第二末端插入到该壳体的内部孔洞中和沿表面对表面接触区域在该出口支承件的上表面与该盖板的底部表面之间建立直接接触的步骤。该表面对表面接触区域从该表面对表面接触区域的径向最外末端到该表面对表面接触区域的径向最内末端轴向朝向该壳体的开放的第二末端成角以用于抵抗响应于从该球头销的球头部分对该出口支承件施加轴向载荷而产生的该出口支承件的径向膨胀。
根据本实用新型的另一个方面，该盖板具有面朝该内部孔洞的开放的第二末端的顶部表面。该顶部表面具有内部边缘和外部边缘。该外部边缘与该内部边缘相比更靠近该内部孔洞的开放的第二末端以允许增加该球头销相对于该壳体的摇摆角度范围。
根据本实用新型的又另一个方面，该盖板的顶部表面具有部分轮环形的形状。
根据本实用新型的还另一个方面，该壳体邻近该内部孔洞的开放的第二末端被径向向内变形成将该盖板捕获在该内部孔洞中。
根据本实用新型的另一个方面，该盖板由金属制成。
附图说明
当联系以下对当前优选实施例的说明、所附权利要求、以及附图加以考虑时，本实用新型的这些和其他特征及优点将变得更容易理解，在附图中：
图1是根据本实用新型一方面构造的球形联结器的示例性实施例的示例性实施例的等高前视图；
图2是图1的球形联结器的部分截面视图；
图3是图1中的球形联结器的分解视图；
图4是图1的球形联结器的出口支承件和盖板的截面视图；并且
图5是图1的球形联结器的壳体的截面视图。
具体实施方式
参照附图，其中贯穿这几个视图相同的数字指明相对应的部分，图1中总体上示出了呈用于车辆的球形联结器20形式的球座组件20。球形联结器20的示例所具有的类型为其可以承受高压缩载荷(正向载荷)或高拉伸载荷(反向载荷)并且被配置成用于在车辆的转向和悬架系统(未示出)中使用。例如，可以采用球形联结器20来可操作地使得控制臂(未示出)与转向节(未示出)相连或其可以是转向横拉杆末端(未示出)的一部分以用于使得转向齿条(未示出)与转向节相连。应当了解的是如在此所描述的球形联结器20可以在其他汽车或非汽车应用范围中找到其用途。
现在参见图2和图3，球形联结器20的示例性实施例包括筒管型壳体 22，该壳体可以压力装配到第一部件、例如控制臂的开口中。壳体22具有可以被滚花的圆柱形外表面以便在接纳于开口中时提供改进的与第一部件的过盈配合。壳体 22还具有径向向外延伸的凸缘24，在安装到第一部件中的过程中该凸缘为将壳体22 压力装配到开口中限定了止挡点。壳体22还具有周向延伸的凹槽26，该凹槽与凸缘 24间隔开以用于接纳固位环(未示出)来使得壳体22与第一部件锁定。
如图5所示，壳体22具有内部孔洞，该内部孔洞沿竖直中心轴线A从关闭的第一末端30处的下部壁28延伸到开放的第二末端32。在轴向方向上从关闭的第一末端30到开放的第二末端32，内部孔洞具有直径D1、D2、D3逐渐增大的第一部分34、第二部分36、和第三部分38。更具体地，邻近关闭的第一末端30的第一部分34具有第一直径D1，第二部分36具有较大的第二直径D2，并且邻近开放的第二末端32的第三部分38具有更大的第三直径D3。在第二部分36与第三部分38 之间，壳体22呈现出肩台40，该肩台面朝开放的第二末端32。
壳体22优选地做成单个金属(例如钢或合金钢)整体件，并且可以通过任何适合的工艺或包括例如铸造、锻造、从坯料机加工等工艺来成形。至少下部壁 28优选地经由铸造、锻造、和机加工操作中的至少一者而成形为其最终形式。换言之，下部壁28并非是弯折或在其他情况下塑性变形成其最终形状的。如以下进一步详细讨论的，将下部壁28无塑性变形地成形至其最终形式允许球形联结器20被压缩加载，由此在球形联结器20安装于车辆悬架系统中时在下部壁28上施加正向轴向载荷。
现在额外地参见图2和图3，背靠支承件42布置在内部孔洞的第一部分34中并且所具有的外径小于第一直径D1，使得背靠支承件42可以在内部孔洞内径向移动、或浮动。由例如尼龙的低摩擦材料制成的止推垫圈44在背靠支承件42与下部壁28之间布置在内部孔洞的第一部分34中以便提供背靠支承件42与壳体22之间的低摩擦界面。可替代地或额外地，可以在内部孔洞中布置垫圈弹簧(未示出)以便引入抵抗背靠支承件42的向上偏置力。
球形联结器20进一步包括球头销46，其具有球头部分48和柄部部分 49。球头部分48布置在壳体22的内部孔洞中并且具有半球形弯曲外表面，其具有下部半球体、赤道、和上部半球体。背靠支承件42具有弯曲的第一支承表面，其支撑球头部分48的下部半球体以用于在球头销46与壳体22的下部壁28之间传递正向轴向力(在上)。球头销46的柄部部分49通过开放的第二末端32伸出壳体22以用于与转向/悬架系统的第二部件(例如转向节)相附接。球头销46优选地由单个金属(例如钢或合金钢)整体件制成并且可以通过任何适合的工艺或工艺组合来成形。
出口支承件50布置在内部孔洞的第二部分36中并且具有弯曲的第二支承表面，其是半球形弯曲的并且与球头销46的球头部分48的上部半球体和赤道二者处于滑动接触。背靠支承件42和出口支承件50的弯曲的第一支承表面和第二支承表面相应地提供了壳体22与球头销46之间的低摩擦界面，从而由此允许球头销46在车辆运行期间关节运动(摇摆)和相对于壳体22旋转。出口支承件50优选地与壳体 22的内表面处于过盈配合以便限制出口支承件50在内部孔洞内移动。出口支承件50 圆柱形成形的外表面可以是滚花的以增大此过盈配合的强度。在示例性实施例中，至少出口支承件50由聚合材料(例如塑料)制成并且优选地通过注射模制操作成形至其最终形式。具体地，出口支承件50优选地由碳纤维增强的聚甲醛(乙缩醛)材料制成。背靠支承件42可以由塑料或金属制成。
盖板52大部分布置在内部孔洞的第三部分38中并且与出口支承件50 直接接触以用于增强出口支承件50来对抗径向膨胀，如以下进一步详细讨论的。在车辆运行期间，反向轴向力(向上)从球头销46经过出口支承件50、经过盖板52、并且传递到壳体22中。盖板52具有顶部表面54和底部表面58、59、60。底部表面 58、59、62具有外部部分58，该外部部分座靠壳体22的肩台40以建立盖板52在内部孔洞的固定位置。底部表面58、59、60还具有内部部分60，该内部部分向下延伸到内部孔洞的第二部分36中并且与背靠支承件42的上表面62直接接触。底部表面 58、59、60进一步包括中部部分59，该中部部分以陡直的角度向下成角并且连接外部部分58与内部部分60。盖板52还具有圆柱形外表面，该圆柱形外表面与壳体22 在内部孔洞的第三部分38处的内表面接触并且径向定位在出口支承件50的最外周边之外。盖板52由金属(例如像，钢、合金钢、铝、或铝合金)制成并且可以通过任何适合的操作成形。
在开放的第二末端32，壳体22的金属材料径向向内弯折(例如通过型锻)来限定唇缘66，该唇缘接合盖板52的顶部表面52并且由此将盖板52、出口支承件50、球头部分48、背靠支承件42、以及止推垫圈44束缚于内部孔洞内。盖板 52优选地由单个金属件(例如钢或合金钢)制成并且可以通过任何适合的工艺来成形。
出口支承件50的上表面64总体上形状是截头锥形并且相对于径向方向 (即，垂直于中心轴线A的方向)以角度α成角。具体地，上表面64从出口支承件 50的径向最外末端到径向最内末端朝向壳体22的开放的第二末端32成角。盖板52 的底部表面58、59、60的内部部分60也以相同的角度α朝向壳体22的开放的第二末端32成角。出口支承件50的上表面64和盖板52的底部表面58、59、60的内部部分60在环绕球头销46和中心轴线A的表面对表面接触区域处彼此直接接触。
在车辆运行期间，球头销46的球头部分48的上部半球体将反向(向上) 轴向载荷施加到出口支承件50上。这些轴向载荷于是在出口支承件50的上表面64 与盖板52的底部表面58、59、60之间成角度的表面对表面接触区域处被重新定向成径向向外并且最终传递至壳体22。出口支承件50在内部孔洞的第二部分36中的这种紧配合与同盖板52的这种成角度的表面对表面接触区域的组合允许塑料出口支承件50在暴露于来自球头销46的反向轴向载荷时对抗径向膨胀。换言之，盖板52增强了出口支承件50来在暴露于轴向载荷时对抗径向膨胀。
盖板52的顶部表面54具有从其内部边缘延伸到其外部边缘的部分轮环形形状。也就是说，顶部表面54在其外部边缘处垂直于中心轴线A并且朝向其内部边缘向下弯曲地延伸。因此，在轴向方向上，外部边缘与内部边缘相比更靠近内部孔洞的开放的第二末端32。这种构型允许增加球头销46相对于壳体22的摇摆角度。额外地，顶部表面54的这种轮环形形状使得盖板52中的应力更均匀地散开，从而由此与其他已知的、具有较为不修圆的顶部表面的盖板相比改进了其对暴露于载荷时变形的抗性。换言之，顶部表面54的这种轮环形形状增进了盖板52的强度和耐用性而无需寻求使用高成本的高强度材料并且同时使得盖板52的质量最小化。顶部表面54 的这种轮环形构型进一步增加了在球头销46上施加有反向轴向载荷时盖板52对弯折的抗性，减少了在暴露于反向轴向载荷时球头销46的轴向移动，并且增大了球头销 46的拉出强度。
额外地，在轴向方向上，出口支承件50与盖板52之间成角度的表面对表面接触区域被设定成在盖板58与壳体22之间的接触表面下方(更靠近球头部分 48)。这通过对盖板52在其将不会与球头销46的关节运动相干涉的地方添加材料而增加了盖板52的强度。
本实用新型的另一个方面涉及一种制造球形联结器20、例如图1至图5 所示的球形联结器20的方法。该方法包括制备壳体22的步骤，该壳体优选地是通过锻造、铸造、和机加工中的至少一者来成形的。在下部壁28成形为其最终形式之后，该方法以将止推垫圈44并且然后将背靠支承件42通过开放的第二末端32插入到壳体22的内部孔洞中的步骤继续。该方法继之以将球头销46的球头部分48通过开放的第二末端32插入到壳体22的内部孔洞中和在背靠支承件42与球头部分48之间建立滑动接触的步骤。接下来，该方法以将出口支承件50通过开放的第二末端32插入到内部孔洞中和在出口支承件50与球头销46的球头部分48之间建立滑动接触的步骤继续。该方法继之以将盖板52通过开放的第二末端32插入到壳体22的内部孔洞中并且沿成角度的表面对表面接触区域在出口支承件50的上表面64与盖板52的底部表面58、59、60之间建立直接接触的步骤。该方法以使得壳体22在开放的第二末端32处变形以将盖板52和内部孔洞中的其他部件捕获在壳体22内的步骤继续。该方法还可以包括将防尘靴66(未示出)安装到壳体22上的步骤以便在壳体22与球头销46的柄部部分49之间建立流体紧密密封。
显然，鉴于以上传授内容，可能有本实用新型的许多修改和变化、并且可以按不同于具体描述的、而同时在所附权利要求的范围内的其他方式来实施。还应理解的是方向性术语(例如“上”、“下”、“顶”和“底”)的使用参照了在附图中某些特征的取向并且并非旨在要求任何具体的取向。额外地，应理解的是所有权利要求的所有特征和所有实施例可以彼此组合，只要它们不相互矛盾即可。

Claims (10)

1.一种球座组件，其特征在于，包括：
由整体件制成的壳体，该壳体包括下部壁并且具有内部孔洞，该内部孔洞沿中心轴线从所述下部壁处的关闭的第一末端延伸到与所述下部壁相反的开放的第二末端；
球头销，该球头销具有球头部分和柄部部分，所述球头部分布置在所述壳体的所述内部孔洞中，所述球头部分具有相反的第一半球体和第二半球体，并且所述柄部部分通过所述开放的第二末端伸出所述壳体；
出口支承件，该出口支承件布置在所述壳体的所述内部孔洞中，所述出口支承件由聚合材料制成，所述出口支承件至少与所述球头销的所述球头部分的所述第一半球体和所述第二半球体之一滑动接触，并且所述出口支承件所具有的上表面轴向面朝所述壳体的所述开放的第二末端；
盖板，该盖板沿具有环形形状的表面对表面接触区域与所述出口支承件的所述上表面直接接触，以便将所述出口支承件捕获在所述壳体的所述内部孔洞中；并且
所述表面对表面接触区域从所述表面对表面接触区域的径向最外末端到所述表面对表面接触区域的径向最内末端轴向朝向所述壳体的所述开放的第二末端成角以用于支持所述出口支承件对抗响应于从所述球头销的所述球头部分在所述出口支承件上施加轴向载荷而产生的径向膨胀。
2.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述盖板具有面朝所述内部孔洞的所述开放的第二末端的顶部表面，所述顶部表面具有内部边缘和外部边缘，并且在轴向方向上，所述外部边缘与所述内部边缘相比更靠近所述内部孔洞的所述开放的第二末端以允许增加所述球头销相对于所述壳体的摇摆角度范围。
3.如权利要求2所述的球座组件，其特征在于，所述盖板的所述顶部表面具有部分轮环形的形状。
4.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述壳体邻近所述内部孔洞的所述开放的第二末端被径向向内变形成将所述盖板捕获在所述内部孔洞中。
5.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述盖板由金属制成。
6.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述盖板径向向外延伸过所述出口支承件的最外周边。
7.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述出口支承件与所述球头部分的所述第二半球体并且与所述球头销的所述球头部分的赤道都处于滑动接触，所述赤道划分所述第一半球体和所述第二半球体。
8.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述出口支承件与所述壳体的内表面处于紧配合关系。
9.如权利要求1所述的球座组件，进一步包括背靠支承件，该背靠支承件做成与所述出口支承件分开的件，所述背靠支承件布置在所述壳体的所述内部孔洞中，并且所述背靠支承件与所述球头销的所述球头部分的所述第一半球体滑动接触。
10.如权利要求1所述的球座组件，其特征在于，所述下部壁是通过铸造、锻造、和机加工操作中的至少一者而成形为其最终形式的。
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