具有改进的上轴承的球形接头及其构造方法
【专利说明】具有改进的上轴承的球形接头及其构造方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2012年9月25日提交的第61/705，445号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0002]本发明大致涉及用于使相对可移动的车辆转向部件彼此连接的接头，比如球形接头、拉杆球头以及防倾杆接头。
【背景技术】
[0003]车辆悬挂系统以及转向系统典型地包括接头，比如用于将拉杆球头可操作地连接至转向节的拉杆球头球式接头以及用于使转向节与控制臂耦合的球形接头。另外，其它应用，比如嘉年华旋转木马或者任何其它具有相对可移动接头的机构，典型地具有球形接头以促进连接部件之间的相对运动。根据球形接头总成，其通常适合于在设定的扭矩公差内的接头运动中形成摩擦阻力。另外，重要的是球形接头显现出了长久的使用寿命以及额外的重要性，重要的是球形接头具有制造上的经济性。如果摩擦阻力或者扭矩太高，可能会妨碍机构的运动和/或使安装困难。如果摩擦阻力太低，可能会导致不需要的“开箱即用感”。
[0004]已知的是通过金属构造球形接头，包括涂层金属轴承，一金属球头螺栓抵靠其枢转。然而，尽管涂层金属轴承可以提供所需的“开箱即用”感并且具有长久的使用寿命，但是它们典型地在制造上花费较高的成本。
[0005]为了降低制造成本，已知的是构造包括乙缩醛或者玻璃纤维尼龙轴承的拉杆球头球形接头，一金属球头螺栓抵靠其枢转。尽管极大地降低了制造成本，乙缩醛或者玻璃纤维尼龙轴承减少了使用寿命。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，提供了球形接头球窝，其包括外壳，具有球面轴承表面的螺柱设置于该外壳内，并且包括轴承，该轴承具有与螺柱的球面轴承表面滑动邻接的凹面的球面轴承表面。轴承是整块状的纤维增强聚酰胺材料，该材料包括围绕凹面的球面轴承表面周向延伸的碳纤维。
[0007]根据本发明的另一个方面，纤维增强聚酰胺材料包括均围绕凹面的球面轴承表面周向延伸的玻璃纤维和青铜片。
[0008]根据本发明的另一个方面，纤维增强聚酰胺材料的组分包括:大于约57%的尼龙；大于0%且小于约30%的玻璃纤维；大于0%且小于约10%的碳纤维；以及大于0%且小于约10%的青铜片。
[0009]仍然根据本发明的另一个方面，纤维增强聚酰胺材料包括大于0%且小于约3%的白色颜料。
[0010]根据本发明的进一步方面，球形接头球窝提供于拉杆球头内。
[0011]根据本发明的另一个方面，提供了一种构造球窝接头球窝的方法。该方法包括将轴承插入一金属外壳，该轴承构造为整块状的纤维增强聚酰胺材料，其包括围绕轴承的凹面的球面轴承表面周向延伸的碳纤维，该方法并且包括使凹面的球面轴承表面与螺柱的金属球面轴承表面滑动邻接。
[0012]根据本发明的又另一个方面，该方法包括提供纤维增强聚酰胺材料的步骤，包括均围绕凹面的球面轴承表面周向延伸的玻璃纤维和青铜片。
[0013]仍然根据本发明的另一个方面，该方法包括提供一种纤维增强聚酰胺材料的步骤，该材料的组分包括:大于约57%的尼龙；大于0%且小于约30%的玻璃纤维；大于0%且小于约10%的碳纤维以及大于0%且小于约10%的青铜片。
[0014]根据本发明的另一个方面，该方法包括提供具有大于0%且小于约3%的白色颜料的纤维增强聚酰胺材料的步骤。
[0015]根据本发明的另一个方面，该方法包括将球形接头球窝插入拉杆球头的步骤。
【附图说明】
[0016]参阅以下当前优选实施例和最佳模型的详细说明、所附权利要求以及附图，本发明的这些和其它方面、特征和优点将更易于领会，其中:
[0017]图1是根据本发明的一个当前优选方面构造的包括球形接头球窝的拉杆球头的剖面示意图；
[0018]图2是根据本发明的一个方面构造的图1的球形接头球窝的上轴承的平面示意图；
[0019]图3是图1的球形接头球窝的下轴承的平面示意图；以及
[0020]图4是图1的球形接头球窝的上轴承的立体示意图，并且示出了在模塑成型工艺中的材料流向。
【具体实施方式】
[0021]更详细地参阅附图，图1示出了根据本发明的一个典型实施例构造的球形接头10，例如示为外部拉杆球头球式接头总成，下文称为拉杆球头10。拉杆球头10具有横拉杆外壳11，其端部13配置为与内部转向部件(图中未示)连接，比如通过调节器与内部横拉杆总成连接。拉杆球头10还包括螺柱12，螺柱12的一端具有球面轴承表面14，基本示为球14，并且具有配置为与车辆转向构件(图中未示)连接(比如通过螺纹19连接)的相对端18。例如，车辆转向构件可以为车辆的转向节(图中未示)。
[0022]拉杆球头10进一步包括球形球窝总成，下文称作球窝总成20，其具有上轴承22 (或者第一轴承)和下轴承24 (或者第二轴承)。上轴承22和下轴承24配置为与螺柱12的球面轴承表面14滑动配合。在使用中，在球面轴承表面之间的荷载约为400-1500镑，同时在使用中施加于拉杆球头10上的轴向荷载是可忽略的。在典型的实施例中，一弹簧垫圈25夹于上轴承22和下轴承23之间，在装配时通过围绕端盖23辊压成型或者折弯横拉杆外壳11的球窝21的一端而在螺柱12的球面轴承表面14上形成所需的预紧力。上轴承22和下轴承24具有配置为与螺柱12的球面轴承表面14的相对侧滑动配合的球形表面。
[0023]例如，重荷载的下轴承24可提供为标准金属轴承并且可进一步涂覆低摩擦的涂层26。下轴承24可由任何适合的坚硬金属构造，比如烧结粉末金属。
[0024]典型实施例的下轴承24具有在相对端之间延伸的外部圆柱形壁28，该壁28的尺寸适于容置于横拉杆11的外壳或球窝21内。下轴承24具有基本凹面状的球面轴承表面32，其具有与螺柱12的球面轴承表面14大致相同的球面曲率用于与其滑动邻接。如图3最优所示，典型实施例的下轴承24具有径向延伸入轴承表面32的多个润滑油槽34。槽34在下轴承24的相对端之间并且穿过下轴承24的相对端延伸，主要起转移润滑油(比如油脂)的作用，以防止润滑油在球窝总成20内增压并且减少轴承22、24与螺柱12的球面轴承表面14之间的摩擦，从而延长拉杆球头10的使用寿命。应当理解的是槽34可形成为具有多种所需的形状和深度。
[0025]螺柱12可通过任何适合的金属构造，比如4140钢(美国钢铁协会标准，AISI)。通过示例而非限制，此处球面轴承表面14示为形状上大致球形的并且进一步示为不含任何润滑涂层，尽管如