球窩接頭的預載設置方法

2023-10-09 22:11:59 3

專利名稱：球窩接頭的預載設置方法
技術領域：
本發明涉及車輛轉向及底盤應用中的球窩型接頭，特別是涉及組裝操作 過程中活動連接件之間的預設壓縮載荷被鎖定的球窩接頭。
背景技術：
球窩型組件典型應用於車輛轉向和/或懸架裝置在崎嶇不平地帶上進行調 節運動時需要進行車輪特別是轉向輪三維運動的車載場合中。在正常運行過 程中，球窩要承受很大的應力。這些應力通過球窩組件的螺栓傳遞至相關的 懸架件，該懸架件可以是轉向關節、控制臂、轉向拉杆、齒輪齒條單元或其 他部件。在有特定要求的應用場合，例如，舉例而言，越野車和商用車的應用場 合，有時需要採用金屬複合物製造球窩組件中的這些元件。因此，與現有技 術結合塑膠和/或彈性體預載活動連接件的輕型結構相比，"全金屬"設計可以 提高耐用性。加工期間，將球窩型組件的球頭螺栓裝入殼體中，鎖定於外部和內部軸 承件之間，以形成活節式接頭。典型地將彈性彈簧狀元件設置並作用於殼體 和活動連接件之間，以便於進行預載壓縮設置。該彈性元件可包括貝氏彈簧 墊圈或類似類型的彈簧件，或者，可包括用於實現此目的的高分子彈性體。 與重型全金屬設計相比，這種採用塑膠和/或彈性體元件的輕型球窩組件所需 的、實現並保持預載壓縮設置的組裝方法相對較多。確切而言，證實較為耐 用的全金屬型球窩組件對於組裝操作過程中產生的預載應力更為敏感。這種 敏感性妨礙了高生產加工能力，並使得批量生產設置過程中難以保持質量穩 定。因此，需要一種改進的控制球窩組件中特別是這種"全金屬"型組件中 的預載間隙的方法。發明內容本發明包括一種活動連接件之間存在固定預載壓縮的球窩型機構的組裝 方法。該方法包括下列步驟提供殼體、彈性預載件、具有磨損面的內軸承、 活節球頭螺栓以及具有磨損面的外軸承。該方法進一步包括將所述彈性預載 件、所述內軸承、所述球頭螺栓以及所述外軸承放置於所述殼體中，其中所 述內軸承與該彈性預載件抵接，所述球頭螺栓與所述內軸承的磨損面滑動接 觸，所述外軸承的磨損面與所述球頭螺栓滑動接觸。然後，將所述外軸承、 球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其緊靠所述彈性預載件，直 到獲得理想壓縮狀態。保持所述理想壓縮狀態，同時將所述外軸承固定在所 述殼體中的設定位置以鎖定所述外軸承、所述球頭螺栓以及所述內軸承之間 的理想壓縮狀態。本發明提供一種在保持所述理想壓縮狀態的同時將所述外軸承設置並鎖 定於適當位置的方法。本發明特別有益於對預載壓縮和間隙特別敏感的球窩 型組件。這樣的敏感性產生於某些全金屬件設計中，也會出現在一些混合組 件中，包括非金屬軸承件等。根據本發明的另一方面，提供一種活動連接件之間存在固定預載壓縮的 全金屬球窩型機構的組裝方法。該方法包括下列步驟提供金屬殼體、金屬 彈性預載件、具有磨損面的金屬內軸承、活節金屬球頭螺栓以及具有磨損面 的金屬外軸承；將所述彈性預載件、所述內軸承、所述球頭螺栓以及所述外 軸承放置於所述殼體中，其中所述內軸承與該彈性預載件抵接，所述球頭螺 栓與所述內軸承的磨損面滑動接觸，所述外軸承的磨損面與所述球頭螺栓滑 動接觸；將所述外軸承、球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其 緊靠所述彈性預載件，直到達到過載壓縮狀態，減小所述球窩內的壓縮載荷 直到獲得所述外軸承、球頭螺栓和內軸承之間的理想壓縮狀態；保持所述理 想壓縮狀態，同時使所述殼體變形伸入所述外軸承，從而固定所述外軸承在 所述殼體中的位置，以鎖定所述全金屬球窩機構中的理想壓縮狀態。進一步 地，本發明可包括形成所述殼體直立邊的步驟，以便在使所述殼體變形伸入 所述外軸承後進一步實現軸承和球窩預載的固定。可選地，不必先進行過壓 縮而將球窩壓縮至理想預載狀態是一種可取的球窩預載設置方法。


為便於理解本發明的上述和其他特徵及優點，以下結合附圖對本發明進 行詳細描述。其中圖1是本發明球窩組件的剖視圖； 圖1A是圖1中A部的放大圖； 圖2是圖1中球窩組件的正視圖； 圖3是球窩組件組裝前的分解圖；圖4是將外軸承、球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其緊 靠彈性件，直到獲得過壓縮狀態的方法步驟的簡化圖；圖5與圖4所示視圖相似，但展示了減小壓縮應力直到獲得理想壓縮狀 態，並維持該理想壓縮狀態，同時使殼體變形伸入外軸承上的凹陷處，以固 定外軸承在球窩中的位置；圖6是使殼體的直立邊巻曲以完成組裝操作的步驟的視圖；圖7是本發明完整球窩型機構的立體剖視圖；以及圖8是圖7中組裝後的球窩型機構局部剖視的側視圖。
具體實施方式
參照附圖，其中相似的數字指代附圖中相似或相應的部件，球窩型機構 10大致如圖所示。球窩組件IO包括鎖定於球接頭殼體14的承窩中的球部12。 因此，球部12形成便於在車輛底盤系統中進行車輪轉向和懸架運動所需的三 維運動的整個活節式接頭的插入部。柄16從球部12延伸出，在預期應用中 起到用於連接球窩組件10的錨固裝置的作用。例如，圖7和圖8所示的柄16 包括細長軸，該細長軸具有適於連接至例如車輛懸架件的螺紋端。殼體14是封閉端式殼體，其中一大致圓柱狀的側壁18 —端開口，另一 端封閉。殼體14優選由塑性足以實現文中其他部分所述變形的金屬製成，例 如，許多等級的鋼。如圖所示的封閉端，設有螺柱20，以便於相對懸架件或 者錨固部件連接。螺柱20可包括潤滑通道22，潤滑脂或其他潤滑劑可經該潤 滑通道22泵入活節式接頭的滑動面。圓柱狀側壁18在其開口端設有直立邊 24，該直立邊24形成通往內腔26的入口。該內腔26的橫截面大致呈圓形， 其面積大小是變化的，例如，鄰近封閉底端的內徑較小，鄰近直立邊的直徑 較大。球窩組件10進一步包括彈性預載件28，在該較佳實施例中，該彈性預載 件28具有貝氏墊圈式彈簧，特別是金屬貝氏墊圈式彈簧28。儘管如此，彈性 預載件28也可由其他彈簧狀材料和彈簧構件構造，這些彈簧狀材料和彈簧構 件包括螺旋彈簧，彎曲鋼板彈簧，可壓縮彈性體材料，或者任何其他已知的、 可彈性變形產生彈簧力從而對球窩組件10預加載荷、並能夠滿足組件10各 元件的其他要求例如耐油、耐潤滑脂或者組件中採用的其他潤滑劑的彈性材 料或複合物。該彈性預載件28設於內腔26中，鄰近封閉底端。內軸承30設於殼體14內腔26中的彈性預載件28上。設計上，特別是 對於耐用性有特殊要求的產品設計，雖然不必要，但內軸承30優選為全金屬 結構。內軸承30還可由某些工程塑膠材料、陶瓷、各種複合材料以及上述材 料結合製成。內軸承30包括大致扁平的底面軸承，該底面軸承與彈性預載件 28壓接。潤滑通道32與穿過螺柱20的潤滑通道22對準，以便將被推動流過 潤滑通道32的潤滑脂傳送至磨損面34。球部12可為半球形、橢圓形或者任 何適合的曲線輪廓。該球部12與內軸承30的磨損面34滑動接觸，在球窩組 件10處於壓縮載荷模式時提供一活動連接面。在圖1、圖1A和圖2所示的 實施例中，磨損面34為半球形，然而，磨損面34可具有適於與球部12可操 作地支承配合的任何表面形狀，例如，舉例而言，半球形，橢圓形以及其他 曲線形狀或輪廓。這些曲線輪廓也可包括結合本領域普通技術人員所熟知的、 與球部件12軸承面相關的曲線和直線元件的表面。優選地，內軸承30的直 徑大小使其可緊密間隙配合於殼體14的內腔中。外軸承36也具有磨損面38，該磨損面38與圖1所示的球部12的上部配 合，以使球窩組件在拉伸加載模式操作過程中保持活動、滑動接觸。該外軸 承36滑過柄16，位於內腔26中並鄰近其直立邊24。外軸承36的外表面39 可包括環狀凸肋40。當外軸承36安裝於側壁18中時，外軸承36的外表面與 側壁18的內表面之間是滑動配合或滑動接觸關係。該滑動配合允許在將外軸 承36的位置固定之前，將該外軸承36軸向設於側壁18中，在此將進一步說 明。該外軸承36還包括軸向延伸緣42，該軸向延伸緣42在設置入殼體14時， 面向遠離內腔26的方向。外軸承36可由與內軸承30相同的材料製成，然而， 內軸承30和外軸承36分別可由上述材料中的任何材料製成，可以彼此獨立地選擇這些材料。此外，外軸承36還可採用如圖1所示的半球形輪廓，或可 具有與內軸承30有關的上述輪廓中任一種輪廓。可彼此獨立地選擇內軸承30 和外軸承36的輪廓，只要其適於通過這裡所描述的方式與球部12可操作配 合。側壁18的外表面設有鎖緊槽44，用於鎖緊防塵罩46，例如圖7和圖8 所示的防塵罩46。可採用帶或線夾48幫助將防塵罩46固定於殼體14外部的 適當位置處。然而，也可採用其他已知的裝置和方法鎖緊防塵罩46，例如某 些其他夾緊件、固定結構，例如防塵罩或殼體之一或二者上所設的凸唇、粘 合劑等等。同時，由於球窩組件10的一些實施例是不需要防塵罩的，或者其 防塵罩不必直接連接至殼體14外部，故槽44、防塵罩46以及夾緊方式48的 使用是可選擇的。現在參考圖3-6，描繪了本發明球窩組件10的組裝方法，其中固定預載 壓縮建立於活動連接件之間。該方法包括下列步驟在將內軸承30、球部12 以及外軸承36放入殼體14中之後，將預載件28放入殼體14中，其中內軸 承30和外軸承36的磨損面34、 38與球部12滑動接觸。 一旦這些元件被組 裝在一起，則將壓縮加載工具50與外軸承36上的緣42接觸。該加載工具50 圖示為一籠狀裝置進行舉例說明，但實際上，該加載工具50可採用任何適合 的形式。然後，將壓縮載荷52放置於加載工具50上直到獲得像產生過載壓 縮狀態54這樣的時機。過載壓縮狀態54表示本質上為剛性元件的狀況，在 這種狀況下，內軸承30、球部12和外軸承36承受超過所需預載並足以從球 窩組件IO退出軸向耦合(lash)的壓應力。該方法進一步包括減小彈性彈簧 件28中的壓應力直到實現外軸承36、球頭螺栓12和內軸承30之間的理想壓 縮狀態56。可選地，不採用施加過載壓縮狀態54，而是可採用加載工具50 將這些元件直接壓縮至理想狀況56而不必首先實現過載狀況。安裝於壓縮載 荷之上的簡單度盤式指示器用於藝術地呈現過載54和理想狀況56之間的壓 縮載荷變化。在減少壓應力的步驟中，彈性預載件28稍稍放鬆，直到在內軸 承30的底部和內腔26的封閉底端之間建立起球窩組件10的元件與固定預載 之間指定量的間隙。當加載工具50繼續施加保持在理想壓縮狀態56下的壓 縮載荷的同時，定樁操作使得殼體14的側壁18變形伸入外軸承36的環狀肋40，如圖5所示。該定樁操作通過擠壓側壁18使其與外軸承36的外表面39 擠壓接觸，固定或鎖定殼體14內外軸承36的軸向位置，從而使球窩組件10 中理想壓縮狀態56和預載保持穩定。定樁操作導致圍繞殼體14形成至少一 個、優選多個離散的凹痕58，如圖2所示。在一較佳實施例中，這些凹痕58 表現為側壁18的變形並沿側壁18設置，側壁18的變形部分41被壓入圍繞 外軸承36的環狀肋40，從而將其在殼體14中的軸向位置固定，以便可移除 加載工具50。可選地，並非僅在圍繞殼體14外圍的非連續位置定樁，可以採 用其他令側壁18變形的裝置和方法，以使側壁18的一部分41變形伸入位於 外軸承36外表面39的配合定位結構，例如環形槽40。舉例而言，在側壁18 中的滾軋成型或旋壓成型槽可用於形成側壁18的變形部41，該變形部41具 有向內凸伸的環58'，該環58'可操作地與外軸承36的環形槽40配合。同時 如圖6所示，當採用定樁操作時，在下述隨後進行的成型操作過程中，可隨 意地將定樁工具62放置於適當位置，以便進一步確保在這些操作期間保持外 軸承36在殼體14中的位置。即使在將加載工具50去除之後，仍可保持各種 活動連接件之間，球窩組件10的理想壓縮狀態56和預載。圖6中描繪了一可選步驟，其中，採用側壁18的直立邊24進一步確保 維持球窩組件10的理想壓縮狀態56和預載。在圖1、圖1A和圖2所示的實 施例中，形成側壁18的直立邊24，以將外軸承36鎖定於軸向延伸緣42上。 巻曲輪60圖解式地舉例說明了該操作，然而，可採用擠壓或其他金屬成型操 作，例如旋壓成型、滾軋成型以及用於將直立邊24封閉抵接至外軸承36與 其形成壓接的其他已知成型方法，形成直立邊24，並進一步將外軸承36固定 於適當位置。 .因此，上述控制全金屬球窩組件10內的預載和間隙的方法能夠實現更高 的生產能力，提高公差品質。特別是，最終成型操作之前的外軸承36設置及 固定步驟，在降低了本發明球窩組件IO製造成本的同時提高了其質量標準。很明顯，根據以上描述可以對本發明做各種改變和修改。因此，可以理 解，在所附權利要求的範圍內，本發明可以採用其他方式實施，而不限於上 述說明書中所描述。
權利要求
1.一種活動連接件之間存在固定預載壓縮的球窩型機構的組裝方法，包括下列步驟提供殼體、彈性預載件、具有磨損面的內軸承、活節球頭螺栓以及具有磨損面的外軸承；將所述彈性預載件、所述內軸承、所述球頭螺栓以及所述外軸承放置於所述殼體中，其中所述內軸承與該彈性預載件抵接，所述球頭螺栓與所述內軸承的磨損面滑動接觸，所述外軸承的磨損面與所述球頭螺栓滑動接觸；將所述外軸承、球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其緊靠所述彈性預載件，直到獲得理想壓縮狀態；以及保持所述理想壓縮狀態，同時固定所述外軸承在所述殼體中的位置以鎖定所述外軸承、所述球頭螺栓以及所述內軸承之間的理想壓縮狀態。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓縮步驟包括壓縮貝 氏彈簧墊圈。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將外軸承固定於所述 殼體中一位置處的步驟包括使所述殼體與所述外軸承形成擠壓變形接觸。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述使殼體變形的步驟包 括使所述殼體的側壁變形伸入所述外軸承外表面上的鎖定結構。
5、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述使殼體變形的步驟 之後，進一步包括形成所述殼體的直立邊。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述提供內軸承的步驟包 括採用金屬製成所述內軸承。
7、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述提供外軸承的步驟包 括採用金屬製成所述外軸承。
8、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，進一步包括釆用潤滑劑塗 覆所述內軸承和外軸承的磨損面。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，進一步包括採用柔性防護 罩覆蓋至少部分所述球窩機構。
10、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓縮步驟包括首 先將所述外軸承、球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其緊靠所述彈性預載件，直到達到過載壓縮狀態；然後減小壓應力直到獲得所述理想壓縮狀態。
11、 一種活動連接件之間存在固定預載壓縮的球窩型機構的組裝方法，包括下列步驟提供殼體、彈性預載件、具有磨損面的內軸承、活節球頭螺栓以及具有 磨損面的外軸承；將所述彈性預載件、所述內軸承、所述球頭螺栓以及所述外軸承放置於 所述殼體中，其中所述內軸承與該彈性預載件抵接，所述球頭螺栓與所述內軸承的磨損面滑動接觸，所述外軸承的磨損面與所述球頭螺栓滑動接觸；將所述外軸承、球頭螺栓以及內軸承作為一個單元進行壓縮，使其緊靠所述彈性預載件，直到達到過載壓縮狀態；減小所述彈性預載件內的壓應力直到獲得所述外軸承、球頭螺栓和內軸承之間的理想壓縮狀態；保持所述理想壓縮狀態，同時固定所述外軸承在所述殼體中的位置以鎖定所述外軸承、所述球頭螺栓以及內軸承之間的理想壓縮狀態；以及 使所述殼體與所述外軸承形成擠壓變形接觸。
12、 根據權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述壓縮步驟包括壓縮 貝氏彈簧墊圈。
13、 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述使殼體變形的步驟 包括使所述殼體的側壁變形伸入所述外軸承外表面上的鎖定結構。
14、 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，在所述使殼體變形的步 驟之後，進一步包括形成所述殼體的直立邊。
15、 根據權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述提供內軸承的步驟 包括採用金屬製成所述內軸承。
16、 根據權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述提供外軸承的步驟 包括採用金屬製成所述外軸承。
17、 根據權利要求ll所述的方法，其特徵在於，進一步包括採用潤滑劑 塗覆所述內軸承和外軸承的磨損面。
18、 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，進一步包括採用柔性防 護罩覆蓋至少部分所述球窩機構。
全文摘要
本發明提供一種球窩組件(10)的組裝方法，包括將彈性預載墊圈(28)、內軸承(30)、球頭螺栓(12)以及外軸承加載於殼體(14)中。加載工具(50)用力壓縮作為一個整體的待組裝件至過載壓縮狀態(54)，然後減輕壓縮直到達到理想的壓縮狀態(56)。外軸承(36)被定樁到位，同時加載工具(50)將待組裝件保持在理想壓縮狀態(56)。定樁操作之後，可以移除加載工具(50)，最後的夾持操作將外軸承(36)永久固定到位並保持活動連接件處於所形成的理想的預載公差下。本方法特別適合在高產出率的情況下必須達到精確預載公差的高產裝置。
文檔編號B23P11/00GK101405106SQ200780009409
公開日2009年4月8日 申請日期2007年1月17日 優先權日2006年1月17日
發明者喬治·施密特, 唐納德·多爾蒂, 拉裡·菲奇 申請人:費德羅—莫格爾公司