具有公差吸收间隔物的组件的制作方法

发明领域

本发明涉及一种用于控制产品的由多个内部部件产生的制造尺寸公差变化的公差吸收间隔物，所述多个内部部件各自需要独特的尺寸公差余量。

现有技术简述

在构造用作底盘枢轴且由若干配合部件构成的汽车承窝，诸如球形接头或拉杆球头的过程中，不管主轴承是由刚性金属轴承面构成还是为刚性较弱的聚合物轴承结构，抑或是其组合，由于每个内部部件的所需公差考虑因素，存在控制承窝内的累积间隙的问题。本行业中众所周知的是，对于在这种环境中使用来保持长使用期限并具有销体相对于承窝壳体的所需的初始旋转和铰接扭矩特性的承窝来说，承窝内的初始间隙从初次使用开始就必须很好地控制并且在各个零件之间必须是一致的。为避免部件在球头销相对于承窝移动期间相互过于紧密地压缩并产生异常高的摩擦力(如果间隙不足的话)，以及为避免内部部件因服务使用期间遇到的力而相互碰撞(如果太松的话)，这是必要的。

在授予moogindustries的美国专利号3,667,789中，描述了一种公差控制间隔物。本文描述的公差吸收间隔物从所需最大到最小的组装累积公差使用范围具有更一致且可预测的弹性，从而产生明显更一致且可控水平的内部间隙，并且因此产生销体相对于壳体的一致的旋转和铰接扭矩特性，以及成品组件的更一致的预期寿命。

技术实现要素：

根据本发明，一种具有超过一个部件(其中每个内部部件需要会影响组件内的轴向定位的公差)的制成的组件包括波形公差吸收间隔物，所述波形公差吸收间隔物在组装过程期间在最终组装之前通过外部工具进行预压缩，以配合所述组件中的其他部件来使所述波形公差补偿间隔物塑性地变形，以便去除部件之间的所有不需要的累积内部间隙，并且将所需的组件操作间隙准确地设定和维持为任意水平，并且将此维持在各个零件之间及各个生产运行之间的非常有限的变化范围内。

在用作球形接头、拉杆球头、空转臂等等的汽车底盘承窝中，所述汽车底盘承窝必须允许呈旋转和/或球面方式的枢转运动，具有如上所述的配合部件，并且包括壳体，所述壳体具有一个或两个主开口，所述主开口中的至少一个允许销构件从中穿过以与配合底盘部件进行配合，并且所述汽车底盘承窝包括：一个或多个轴承部件或轴承面，所述轴承部件或轴承面与销体的头部接触以支持旋转和/或球面枢转运动；闭板或闭环；以及任选地弹性预加载构件，其中所述波形公差吸收间隔物被预压缩到塑性状态，以通过在由组件内的每个部件的制造所需的容许公差极限产生的预期轴向公差的整个操作范围内提供有限且恒定的弹性来在承窝的最终闭合之前去除所有不需要的累积轴向部件公差。

在一些实施方案中，波形公差补偿间隔物由对于每个波形部而言从外径到内径具有恒定幅度的一系列均匀间隔开的波形部构成，所述均匀间隔开的波形部由波形部顶峰中及其周围的一个或多个组合半径构成，从最初扁平的盘的平面延伸并且以另外的延伸长度半径或以平直的波段在所述盘的原始平面的上方和下方均匀地组合。

在其他形式中，将所述公差补偿间隔物压缩到塑性变形点所需的力可以通过改变波形部的数量、用于形成部件的基础材料的厚度、用于形成波形部的盘的外径与内径的比率、用于构造部件的材料的等级和类型、波形部的幅度或这些参数的任何组合来调整。

用于以上实施方案中的公差吸收部件由于其独特的几何结构而在达到塑性变形点之后对外加力展现出大大改进的抵抗力和稳定性，并且在足以对组件承窝和其中的所有部件的累积公差变化进行补偿的延伸操作范围内维持这种水平的抵抗力。

上文使用的公差吸收部件与具有类似功能的现有技术装置相比较由于其形状而在其塑性地变形时展现出明显减少的外径和内径的变化，从而允许所述公差吸收部件用于窄通道中，而不存在抵靠其操作空间的侧壁边界扩张和卡住的趋势。

另外，如由所述承窝组件中使用的所有部件的累积公差所指示，波形公差吸收间隔物由于其形状而在达到其压缩的塑性变形区域之后并在整个所需的公差吸收的操作范围内展现出与现有技术配置相比较减少的且明显更一致的弹性回弹，从而提供在单次生产运行内以及在各个生产运行之间控制每个承窝组件中的间隙的变化的提高的能力。

在一些波形公差吸收间隔物中，波形部之间的间距可以是不均匀的，并且其中个别波形部形状可以具有变化的幅度并在各个顶峰之间可以具有不同的单半径或多半径轮廓，包括但不限于正弦波形状。

其他变型包括一种承窝组件，其中轴承或轴承面可以由金属或聚合物材料、或两者的组合构成。

在另一种具有超过一个部件的制成的组件中，其中每个内部部件需要会影响组件内的轴向定位的公差，并且所述制成的组件包括公差吸收间隔物，所述公差吸收间隔物具有从基部竖直地延伸的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部或升高的中间平台，所述公差吸收间隔物在组装过程期间在最终组装之前通过外部工具进行预压缩，以配合所述组件中的其他部件来使公差补偿间隔物塑性地变形，以便去除部件之间的所有不需要的累积内部间隙，并且将所需的组件操作间隙准确地设定和维持为任意水平，并且将此维持在各个零件之间及各个生产运行之间的非常有限的变化范围内。

在用作球形接头、拉杆球头、空转臂等等的汽车底盘承窝中，所述汽车底盘承窝必须允许呈旋转和/或球面方式的枢转运动，具有与上文描述的制成的组件相同的配合部件，包括壳体，所述壳体具有一个或两个主开口，所述主开口中的至少一个允许销构件从中穿过以与邻近的底盘部件进行配合，所述汽车底盘承窝包括：一个或多个轴承部件或轴承面，所述轴承部件或轴承面与销体的头部接触以支持旋转和/或球面枢转运动；公差吸收间隔物，所述公差吸收间隔物具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台；闭板或闭环；以及任选地弹性预加载构件，其中所述公差吸收间隔物被预压缩到塑性状态，以通过在由针对组件内的每个部件设定的容许公差极限产生的预期轴向公差的整个操作范围内提供有限且恒定的弹性来去除所有不需要的累积轴向部件公差。

用于制成的组件或汽车底盘承窝中的公差吸收间隔物具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台，所述升高的中间平台由从最初扁平的盘的平面竖直地延伸的一系列均匀地或不均匀地间隔开的圆锥形或圆柱形突出部或其任何组合构成。

在其他形式中，用于制成的组件或汽车底盘承窝中的公差吸收间隔物具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台，其中压缩到塑性变形所需的力可以通过改变突出部的数量、用于形成部件的基础材料的厚度、外径与内径之间包含的大体为环形圈的突出部的数量、用于构造部件的材料的等级和类型、突出部的幅度或这些参数的任何组合来调整。

在其他方面，公差吸收间隔物可以具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台，所述公差吸收间隔物由于其独特的几何结构而在达到塑性变形点之后在足以对构成组装的各个部件公差的所有组合的累积进行补偿的延伸距离内对外加力展现出大大改进的抵抗力和稳定性。

另外，用于制成的组件或汽车底盘承窝中的公差吸收间隔物可以具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台，所述公差吸收间隔物与具有类似功能的现有技术装置相比较由于其形状而在其塑性地变形时展现出明显减少的外径和内径的变化，从而允许所述公差吸收间隔件用于窄通道中，而不存在抵靠其操作空间的侧壁边界扩张和卡住的趋势。

在一种形式中，公差吸收间隔物具有始于基部的多个圆柱形或圆锥形延伸突出部、或升高的中间平台，所述公差吸收间隔物由于其形状而在其所需的操作范围内达到塑性变形点之后展现出与现有技术配置相比较呈最低限度且更一致的弹性回弹，从而提供在单次生产运行内以及在各个生产运行之间控制每个组件中的间隙的量和变化的提高的能力。

在用于制成的组件或汽车底盘中的承窝组件的各种实施方案中，轴承或轴承面可以由金属或聚合物材料、或两者的组合构成。

附图简述

在示出本发明的各种可能的实施方案中的若干实施方案的附图中，对应的附图标记贯穿附图的若干视图指代对应的部件，在附图中：

图1是根据本发明的第一公差吸收间隔物的透视图；

图2是壳体中的金属或组合的金属-聚合物接头的截面图，其中第一凹入轴承处于壳体中并且第二凹入轴承面处于支承板中，所述第一和第二凹入轴承面在壳体中轴向地对准，并且其中公差吸收间隔物插入到以下两者之间：壳体盖板，所述壳体盖板搁置在承窝内部的固定托架上；以及在调节之前示出的支承板中的凹入轴承面；

图3是用于示出公差吸收间隔物的预调节的图2所示的接头的部件的组装方法的截面图；

图4是图2所示的接头在预调节之后并在壳体盖板用过小的但在公差以内的内部分量密封在壳体中的情况下的截面图，其示出了低轴向堆叠高度状态；

图5是图2所示的接头在预调节之后并在壳体盖板用过大的但在公差以内的内部分量密封在壳体中的情况下的截面图，其示出了高轴向堆叠高度状态；

图6是如用于一些常规或重载的压缩负载型球形接头应用中的具有金属轴承面或金属和聚合物轴承的组合的不同类型的接头的截面图；

图7是第二公差吸收间隔物的透视图；

图8是第三公差吸收间隔物的透视图；

图9是在不受限制的压缩环境中以及在间隔物的外径和内径两者附近具有竖直壁的受限空间中的图1的波形公差吸收间隔物的有限元图，力位移曲线示出了每种情况下的输出，一种情况具有内径/外径限制，而另一种情况不具有所述限制；并且，

图10是具有类似几何结构的公差控制间隔物与上文论述的moog专利中所示的公差控制间隔物的对比有限元图，其示出了相同的环境限制(有和没有内径/外径限制)，以及与每种情况相关联的所得的力位移曲线。

具体实施方式

通过附图标记更具体地参考附图，图1、图7和图8中示出了改进的公差吸收间隔物，所述公差吸收间隔物在足够大的外加力下会塑性地变形到适当高度，从而控制由制成的组件中的不均匀的部件变化引起的累积零件对零件组装高度变化或“轴向堆叠高度”，进而制造每个成品组件，所述每个成品组件由相互之间尺寸略微不同的多个部件构成，是基本上相同的并且在最终组件内部操作间隙方面是可控的。

如图1所示，公差吸收间隔物被形成为扁平的环形物，所述扁平的环形物具有在轴向方向上且围绕环形物延伸的多个波形部。在所示的实施方案中，存在围绕环形物均匀地间隔开的多个波形部。因此，相对于内径处的间距，在外径处存在间距略大的波形部。结果是，对称间隔物的顶峰和凹谷处的半径从外径2到内径4可能会略微变化，即随着逼近内径而逐渐变小。由于波形部顶峰由相等半径的顶部和底部构成，因此零件是对称的，使得其可以任一面朝上的方式安装。波形部顶峰可以通过融入每个半径的平直区段，或通过大体上较大的逼近平直表面的长度的半径来连接。波形部的数量、材料厚度、材料组成、内径与外径的比率的变化在部件永久地弹性变形之前全都会影响对外加力的抵抗力。这些参数中的任一个可以根据需要变化来配合每个单独应用的空间、强度和工作范围。当然，还可能改变围绕周界的波形部的间距、一个波形部相对于另一个波形部的高度以及如图7和图8所示的各个波形部的形状轮廓。替代的波形部形状和间距因此应被视为处在本发明的范围内。

在图2中，公差吸收间隔物6被示出为连同壳体12一起处于未组装和未压缩的承窝布置。其他配合部件包括盖板10、贝氏预加载弹簧8、上部轴承16、球头销14的部分视图，所述球头销14用于到配合底盘部分的旋转和铰接连接，并且搁置在壳体12的整体的硬化的下部凹入轴承面18上。销体14离开壳体以通过孔隙32附接到配合底盘部分。这些部件一起示出了底盘部分承窝，所述底盘部分承窝可以如以下描述中将描述般通过开口11组装并接受处理，以最小化累积内部间隙的零件对零件变化，并且由此在各个零件之间维持非常一致的工作特性。这种样式的球形接头用于张紧加载应用中，其中承窝必须承载车辆在将销体拉离承窝的方向上的重量，此外还有以下额外的所需功能：对车轮进行定位以实现车辆悬架在转向期间和在车轮的竖直铰接期间的枢转动作。这种通用样式的承窝还用于随动件球形接头应用，功能仅为对车轮进行定位以在车轮的转向和竖直铰接期间实现枢转动作。

在图3中，部件被示出为在外部冲压工具20的外加力下处于完全压缩位置以使公差吸收间隔物6塑性地变形，从而留下一致量的回弹以去除由各个零件之间的不均匀的部件变化引起的累积公差。将注意到，小的阶梯部22被包括在外部冲压工具20的端部上以为公差吸收间隔物6的小的一致量的回弹提供间隙空间并且另外为贝氏或其他弹性预加载装置8(如果使用的话)提供小的工作空间。冲压工具20在壳体12中推进，直到外下缘24与固定的盖板支承阶梯部26接触为止。一旦内部部件被压缩并且冲压工具到达盖板阶梯部26，公差吸收间隔物6就已经塑性地变形以去除承窝内所有不需要的多余的组装间隙，并且撤回冲压工具20。例如像贝氏弹簧或波形弹簧的弹性预加载装置8将恢复至其非负载状态。公差吸收间隔物6也将发生非常小的但一致的量的回弹。外部冲压工具20上的小的阶梯部22为弹性预加载装置8进行操作提供了小的所需空间28(图4)。来自被压缩的公差吸收间隔物6的轻微弹性和用于弹性预加载装置8的所需的额外操作间隙的组合决定了外部冲压工具20上的阶梯部22的所需高度。

图4示出了对于部件来说处于最终状态的承窝，其示出了产生最低总部件轴向堆叠高度，并因此在公差吸收间隔物6内产生最少量的塑性变形的极端累积轴向公差状态。在这个视图中，承窝已如通过最初由图2中的18a示出的壳体的上缘的压接、金属旋压或焊接机械地闭合，以抵靠阶梯部26将盖板10锁定到图4中在承窝闭合之后由18b示出的状态。闭合之后的最终的承窝操作间隙空间表示为28。

在图5中，承窝被示出为对于具有极端公差状态的部件而言处于最终状态，所述极端公差状态产生最高总部件轴向堆叠高度并且因此在公差吸收间隔物6内产生最大量的塑性变形。波形公差吸收间隔物6在这个视图中的最终高度由31示出。应注意到，公差吸收间隔物6的一项重要功能是为所有累积部件公差组合尽可能一致地维持所需操作空间28。这种公差吸收间隔物对每个单独部件规格的最大实体条件尺寸并对每个部件的最小容许实体条件尺寸进行补偿。在比较图4和图5时可以看到，尽管波形公差吸收间隔物6已被压缩到不同最终高度29和31，但是最终承窝间隙空间28保持不变。在这个视图中，与图4一样，承窝已如通过将壳体的上缘18a压接、金属旋压或焊接到承窝闭合之后表示为18b的状态而机械地闭合，从而抵靠阶梯部26锁定盖板10。

图6示出了处于最终状态的替代球窝，其中用于球头销14的孔隙32通过闭合环34的内缘33而非盖板10产生。与先前论述的其他承窝样式一样，闭合环34抵靠阶梯部26锁定。用于最初将部件插入到承窝中以进行组装的开口因此共享供球头销14离开壳体并通过各种手段附接到配合底盘部分的孔隙。在这种承窝配置中，可以看到，对于弹性预加载装置(如果使用的话)来说在外径与内径之间存在有限的空间，并且在这种配置中对于公差吸收间隔物6来说也是如此。这种样式的接头通过将销体推到承窝中来承载车辆的重量。与先前描述的接头一样，这种类型的球形接头承窝还具有以下功能：对车轮进行定位以实现车辆悬架在车轮的转向和竖直铰接期间的枢转动作。

图7中示出了替代公差吸收间隔物6。具有平坦顶部的圆柱形或圆锥形销从盘38的基部竖直地挤出。类似于图1所示的公差吸收间隔物6，替代公差吸收间隔物实现了压缩期间的有限的外径和内径变化的相同的改进效果，在销在所施加的外力下发生塑性变形之后的恒定且有限的回弹以及在已满足塑性变形的最小所需力之后的稳定力。

在图8中，示出了另一个公差吸收间隔物6。径向波形部可以被视作是方形波形部并且视作是与图7所示的公差吸收间隔物6中的销有关的变型。在后一种观点中可了解到，挤出销36围绕盘38的基准面设置在一段凸面40上。这些平面可以由外径与内径之间的平直凸起区段形成或可选地通过在公差吸收间隔物6的外径与内径之间延伸的弯曲或部分圆形的平台来形成。

在比较图9和图10时，从力位移曲线可以看到，与具有类似于美国专利号3,667,789中所示的几何结构的公差控制间隔物相比较，图1所示的波形公差吸收间隔物的力抵抗能力在受约束和不受约束外径情况下都是明显更大且更一致的。公差吸收间隔物6的重要特征之一是在发生非弹性屈服之前承受并抵抗足够大的外加力的能力。这提供了一种承窝，其中公差吸收间隔物6在任何可预见的正常使用条件下不会受到进一步压缩，或所述公差吸收间隔物6会在承窝的预期寿命内因为疲劳而断裂。另外要求公差吸收部件的任何弹性恢复或回弹在如由构成堆叠在一起的承窝组件的每个部件在其正常轴向极端情况的组合中的累积轴向公差可能值所确定的承窝的整体操作公差范围内是一致的。对公差吸收间隔物进一步要求其应如例如像图6中的承窝的一些样式的承窝所要求被设计成在内径/外径的狭窄空间中执行。所述公差吸收间隔物还必须在所有极端正常的公差状态设定中都以稳定且可预测的方式发挥作用而不会卡住。因此，对公差吸收间隔物6的另一要求是外径和内径在所需操作范围内对于所有公差补偿位置都扩张和收缩有限且可预测的量。公差吸收部件还必须提供稳定的功能，即使是在以相对于承窝组件的中心轴略微倾斜的角度(例如，高达3度)施加预设力的情况下。

在使用中，重要的是，公差吸收间隔物6不会塑性地变形，直到施加指定的最小外力为止。这对于提供在正常使用期间不会受到进一步压缩的部件来说是必要的，受到进一步压缩可能会导致承窝组件的过早松脱和毁损。与具有类似于美国专利号3,667.789中的现有技术配置的几何结构的零件相比较，使公差吸收间隔物6变形所需的力明显更一致并且更稳定。另外，本发明公差吸收间隔物6可用于具有非常窄的内径/外径操作限制的组件中，其中无法可靠地使用现有技术部件样式的几何结构。当在具有窄的内径/外径操作空间的环境，例如一些底盘部分球形接头产品中使用时，被制成具有类似于现有技术教导的几何结构的部件显露出不一致且不可接受的低塑性变形力限制并且还具有在压缩下扩张的不合需要的倾向。这使得内径减小和/或使得外径明显增大。这具有以下不合需要的结果：在先前的公差吸收间隔物与承窝内的周边部件的侧壁之间产生干扰，从而导致公差吸收间隔物与邻近部件之间的卡住。这是极端不合需要的并且会提供与组件内部的间隙状态有关的虚假信息。公差吸收间隔物6在预设定之后在所需的操作使用范围内具有一致的回弹的要求对于从部件公差(轴向堆叠高度)的所有组合预测在预设定之后会保持在承窝内的间隙来说是必要的。

鉴于上文，将看到，会获得有利结果。由于在不脱离本发明的范围的情况下可以对以上构造进行各种改变，因此以上描述中包含的或附图所示的所有内容应意图解释为是说明性的而不具有限制意义。