球形接头和三角形悬架臂的组件.pdf

本发明提供一种用于车辆悬架的控制臂。该控制臂包括：具有用于连接至车轮组件的连接件的控制臂主体，用于将控制臂与车架连接的水平衬套以及同样用于将控制臂与车架连接的垂直承窝。该垂直承窝具有一外壳以及一立柱，该外壳压入配合在控制臂主体的一开口中，该立柱延伸穿过外壳以用于与车架连接。一轴承设置在外壳内并位于该外壳与立柱之间。该立柱具有圆形外表面，该轴承具有圆形内表面，以使得轴承和外壳能够相对于立柱旋转运动。一保持元件与外壳以及轴承连接，以将轴承保持在外壳的内孔中。

权利要求书
1.  一种用于车辆悬架的控制臂，其特征在于，所述控制臂包括：
一控制臂主体和一水平衬套，该控制臂主体具有一用于连接至车轮组件 的连接件，该水平衬套在纵向方向上延伸，以用于将所述控制臂主体与一车 架连接；
一外壳，其压入配合在所述控制臂主体中的一开口中，所述外壳在敞开 的第一端和第二端之间沿一垂直轴延伸，且所述外壳具有一在所述敞开的第 一端和第二端之间延伸的内孔；
一轴承，其设置在所述外壳的所述内孔中，所述轴承具有弯曲的内表面；
一保持元件，其与所述轴承以及所述外壳连接并将所述轴承保持在所述 外壳的所述内孔中；以及
一立柱，其延伸穿过所述外壳的所述内孔并超过所述敞开的第一端和第 二端，以用于将该车架连接在所述外壳的相对两侧，且所述立柱具有一与所 述轴承的所述弯曲的内表面滑动连接的弯曲的外表面，以使所述外壳和所述 控制臂相对于所述立柱和车架旋转运动。

2.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述控制臂进一步包括 一轴向设置在所述轴承和所述保持元件之间的弹簧。

3.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述外壳的一端径向向 内弯曲以连接所述保持元件。

4.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述立柱的所述弯曲的 外表面成半球形。

5.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述立柱具有一轴向延 伸的通道，通过该通道容置一紧固件以用于将所述立柱与车架连接。

6.  根据权利要求5所述的控制臂，其特征在于，所述紧固件为螺栓。

7.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述外壳由金属制成。

8.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述控制臂进一步包括 一由弹性材料制成且基本周向围绕所述金属外壳的缓冲垫，以及一基本周向 围绕所述橡胶的缓冲垫的金属壳体。

9.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述保持元件在与所述 轴承相对的一侧被切倒角，以用于促进所述外壳相对于所述立柱的所述旋转 运动，其中所述外壳的所述敞开端中与所述保持元件相对的一个端被切倒角， 以用于进一步促进所述外壳相对于所述立柱的所述旋转运动。

10.  根据权利要求1所述的控制臂，其特征在于，所述外壳具有一至少 部分弯曲并与所述立柱的所述弯曲的外表面滑动接触的内表面。

11.  一种制造用于车辆悬架的控制臂的方法，其特征在于，所述方法包 括：
将一轴承的一弯曲的内表面与一轴向延伸的立柱的一弯曲的外表面滑动 连接，以使该轴承相对于该立柱旋转运动；
将该轴承设置在一外壳的一内孔中，该外壳具有轴向间隔开的两个敞开 端，从而使该立柱延伸超过该外壳并穿过该相对的两个敞开端，以使该外壳 相对于该立柱旋转运动；
将一保持元件与该外壳和该轴承连接，以使该轴承保持在该外壳的内孔 中；以及
将该外壳压入配合在一控制臂主体中的一开口中，以使该控制臂主体相 对于该立柱旋转运动。

12.  根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将 一弹簧设置在该外壳的内孔中并设置在该轴承与该保持元件之间的步骤。

13.  根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使 该外壳的一部分变形以连接该保持元件的步骤。

说明书球形接头和三角形悬架臂的组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月4日提交的第61/656,094号申请的权益，其全部 内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明主要涉及控制臂及制造该控制臂的方法。
背景技术
如今许多机动车辆采用悬架系统(一般被称为麦弗逊悬吊系统或双横臂 系统)。这种系统通常包括一下控制臂(也被称为A臂)，该下控制臂相对于 车辆的框架枢转，从而在转弯或对遇到一目标(例如道路上的坑洼)进行响 应的过程中使车轮和轮胎相对于该框架向上和向下移动。
图1中主要示出了用于麦弗逊悬吊式悬架系统的下控制臂10。下控制臂 10包括用于与轮毂组件的转向关节(未示出)连接的球形接头12以及一对用 于引导下控制臂10相对于车辆框架(未示出)枢转运功的衬套14、16。该两 个衬套中的一个衬套为水平衬套14，其被配置为围绕纵向延伸的螺栓(未示 出)相对于车架枢转。另一个衬套16为垂直衬套，其被配置为围绕垂直延伸 的螺栓(未示出)相对于车架枢转。
现在参阅图2A-C，主要示出了传统垂直衬套16。最佳如图2C中所示， 该传统垂直衬套16具有一压入配合在下控制臂10的一开口中的外金属套筒 18、一橡胶缓冲垫20以及一内金属套筒22。该橡胶缓冲垫20在外金属套筒 18和内金属套筒22之间径向延伸并使外金属套筒18与内金属套筒22相连。 在运行中，在车辆悬架的运动过程中(例如当车辆遇到道路中的坑洼时)，内 金属套筒22相对于外金属套筒18枢转或扭曲。该橡胶缓冲垫20弹性变形以 使这些套筒18、22之间发生枢转运动，并且该缓冲垫20由于径向负载吸能/ 变形。因此，在车辆运行过程中，橡胶缓冲垫20承受径向负载和扭力负荷运 动。由于承受到径向负载和扭转运动，导致了橡胶缓冲垫20劣化，从而减短 了垂直衬套16的寿命。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种改进的用于车辆悬架的控制臂，其耐久性 提高，并相比其他已知的控制臂具有更长的寿命。该控制臂包括一具有用于 连接至车轮组件的连接件的控制臂主体，一在纵向方向上延伸并用于将控制 臂主体与一车架连接的水平衬套，以及一在垂直方向上延伸并同样用于将控 制臂主体与车架连接的垂直承窝。一外壳压入配合在控制臂主体中的一开口 中。该外壳在敞开的第一端和第二端之间沿一垂直轴延伸，且该外壳具有一 在敞开的两端之间延伸的内孔。一轴承设置在外壳的内孔中，且该轴承具有 弯曲的内表面。一保持元件与外壳以及轴承连接，并将该轴承保持在外壳的 内孔中。一立柱延伸穿过外壳的内孔并超过敞开的第一端和第二端，以用于 将车架连接在外壳的相对两侧。该立柱具有一与轴承的弯曲的内表面滑动连 接的弯曲的外表面，以使外壳和控制臂主体相对于该立柱和车架旋转运动。 在运行中，外壳和控制臂主体相对于立柱的旋转运动几乎不会损坏垂直承窝， 因此提高了控制臂的耐久性和工作寿命。
附图说明
结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述、所附权利要求以 及附图进行考虑，根据本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易 理解，其中：
图1是具有传统垂直衬套的传统控制臂的立体正视图；
图2A是图1的传统垂直衬套的立体图；
图2B是图1的传统垂直衬套的俯视图；
图2C是图1的传统垂直衬套的剖面侧视图；
图3是控制臂的立体正视图，该控制臂包括垂直承窝的第一典型实施例；
图4是连接至车架和控制臂主体的垂直承窝的第一典型实施例的剖视图；
图5是垂直承窝的第一典型实施例的另一个剖视图，并且示出了控制臂 主体在一个方向上枢转或扭曲；
图6是垂直承窝的第一典型实施例的又另一个剖视图，并且示出了控制 臂主体在一个相反方向上枢转或扭曲；
图7是垂直承窝的第一典型实施例的分解图；
图8是示出了第一典型实施例与传统垂直衬套的性能比较曲线图；
图9是垂直承窝的第二典型实施例的剖视图；
图10是垂直承窝的第三典型实施例的剖视图；以及
图11是垂直承窝的第四典型实施例的剖视图。
具体实施方式
请参阅附图，其中，在各视图中相似的附图标记标示相应的部分，图3 中主要示出了用于车辆悬架的典型控制臂24。该控制臂24配置为用于一系列 不同形式的车辆悬架，例如麦弗逊支撑悬架或双横臂悬架。典型的控制臂24 包括控制臂主体26，用于连接至车轮组件(未示出)的连接件28(例如球形 接头)；水平衬套30，其在纵向方向上延伸，以用于将控制臂主体26与车架 32连接(图4中示出)；以及垂直承窝34，其在垂直方向上延伸，以同样用 于将控制臂主体26与车架32连接。参阅图4-6，在车辆悬架的运行过程中， 例如当车轮组件遇到道路上的坑洼或障碍物时，垂直承窝34和水平衬套30 (图3中示出)使得控制臂主体26能相对于车架32旋转，以使车轮组件上 的轮胎保持与道路接触，并且还使车辆内的乘客乘坐更为舒适。
仍然参阅图4-6，垂直承窝34的第一典型实施例被示为与控制臂主体26 以及车架32连接。该典型的垂直承窝34包括外壳36，该外壳36压入配合在 控制臂主体26的一个开口中。该外壳36可以由任何所需的金属(例如包括 钢或铝合金)制成。该外壳36具有内孔，该内孔在敞开的上端38和敞开的 下端40之间沿垂直轴A延伸。垂直承窝34还包括立柱42，该立柱42轴向 延伸穿过外壳36的内孔并延伸超过外壳36的上端和下端40。如图所示，立 柱42在外壳36的上方和下方均与车架32连接。更准确地来说，在第一典型 实施例中，立柱42通过螺栓44和螺母48与车架32连接，该螺栓44延伸穿 过立柱42中轴向延伸的通道46，螺母48连接至螺栓44。然而，应该理解的 是，立柱42可选择地能够通过任何适合的紧固方式与框架32连接。在悬架 系统的正常运行过程中，当控制臂主体26和金属外壳36相对于框架32和立 柱42向上或向下枢转时，螺栓44使立柱42相对于车架32固定。图5和6 示出了控制臂主体26和金属外壳36的运动。立柱42可以由任何适合的金属 制成，例如热处理(用于提高耐磨性)的SAE合金钢。
该典型的立柱42包括圆形中心部分50和一对大致呈圆锥台形的端部52， 该对端部52分别设置在圆形中心部分50的轴向两侧。圆形中心部分50的外 表面一般为半球形。轴承54设置在外壳36的内孔中，并可滑动地连接立柱 42的圆形中心部分50，以使外壳36和控制臂主体26能够相对于立柱42旋 转运动。特别地，轴承54具有弯曲的内表面，该内表面的曲率与立柱42的 中心部分50的曲率大致匹配，以在这两个部件之间提供可滑动的界面。轴承 54可以由金属、碳化纤维聚合物、工程聚合物或任何适合的并能在立柱42和 轴承54之间提供低摩擦界面的材料制成。油脂或其他润滑剂同样可以设置在 外壳36的内孔中，以进一步减少立柱42与轴承54之间的摩擦。
在垂直承窝34的第一典型实施例中，轴承54为整体式弹锁(snap over) 轴承54，并在立柱42中纬线的垂直上方和下方连接立柱42的弯曲的中间部 分。最佳如图7所示，第一典型实施例的轴承54包括多个狭槽56，该狭槽 56使得轴承54锁扣在立柱42的圆形中心部分50上。该狭槽56还起到了通 道的作用，该通道用于传输油脂以润滑立柱42和轴承54之间的接触表面。
再次参阅图4-6，第一典型实施例的垂直承窝34额外包括保持元件58或 盖板，该保持元件58邻近外壳36的敞开的上端38设置，并将轴承54保持 在外壳36的内孔中。特别地，在垂直承窝34的第一典型实施例中，轴承54 在轴向的一侧通过自身弯曲的结构固定在外壳36中，在轴向的另一侧通过保 持元件58固定在外壳36中。外壳36上的突出部60向内弯曲以将一凸缘连 接在保持元件58上，从而将保持元件58和轴承54保持在外壳36的内孔中。 应该理解的是，保持元件58可以通过任何适合的连接方式(例如包括旋压连 接、卷边连接或螺纹连接)与外壳36连接。
在第一典型实施例中，弹簧62轴向设置在保持元件58和轴承54之间， 以使轴承54偏向外壳36的下端40。弹簧62优选为贝氏垫圈62(也称为垫 圈弹簧62)，但是可选的是可以采用任何适合形式的弹簧62(例如包括O型 密封圈或橡胶缓冲垫)。在垂直承窝34的制造和组装过程中，弹簧62能够改 善公差。
保持元件58和外壳36的敞开的下端40(该下端40为与保持元件58相 对的端)均被切倒角，从而使内孔各端的开口大致呈圆锥台形。立柱42的圆 锥台形的端部52以及外壳36和保持元件的倒角面能够使得外壳36和控制臂 主体26相对于立柱42和车架32枢转运动。
垂直承窝34的第一典型实施例进一步包括一对弹性材料制成的护罩64。 一个护罩64密封挤压邻近立柱42的一端设置的凹槽66以及在外壳36下端 40处轴向延伸的凸缘68。另一个护罩64密封挤压立柱42的相对一端上的凹 槽66以及保持元件58的外表面。各护罩64具有一对金属嵌件70，该嵌件 70至少部分包塑在护罩64内，以用于建立与被其密封的各部件的压入配合连 接。护罩64使得油脂或润滑剂保持与立柱42的圆形中心部分50以及轴承54 接触，并且还使得杂物和其他污染物远离垂直承窝34的内部部件。
在运行中，外壳36相对于立柱42的旋转运动和径向负载几乎不会损坏 垂直承窝34，因此，相比于其他已知的垂直衬套，提高了垂直承窝34的耐久 性和工作寿命。已经发现垂直承窝34的第一典型实施例比传统垂直承窝的持 续时间长大约10倍，并且几乎不损失性能。例如，图8示出的测试结果表明 第一典型实施例的垂直承窝34可以在一百万个或更多的周期内提供优越的工 作性能而不失效，而图1和2A-C的传统垂直衬套通常在大约100000个周期 处失效。垂直承窝34还能够使径向力从控制臂主体36转移至车架32。
为了组装垂直承窝34的第一典型实施例，轴承54优选地先与立柱42的 圆形中心部分50连接，然后这些部件被插入外壳36的内孔中。然后，由于 轴承54在适当的位置，则贝氏垫圈62放置在轴承54的上表面。接着，保持 元件58放置在贝氏垫圈62上，从而使贝氏垫圈62轴向夹持在保持元件58 和轴承54之间。可选的是，如果不存在贝氏垫圈62，则保持元件58可以直 接放置在轴承54的上表面上。然后，外壳36的突出部60径向向内弯曲或机 械变形，以将保持元件58、贝氏垫圈60(如果存在的话)以及轴承54全都 固定在外壳36的内孔中。然后护罩64密封挤压它们各自的部件。然后垂直 承窝34可以压入配合在控制臂主体26的开口中，并连接至车架32和车轮组 件。
图9中主要示出了垂直承窝134的第二典型实施例，且相似的、相差100 的附图标记用于示出与上述第一典型实施例相应的特征。第二典型实施例与 上述垂直承窝34的第一典型实施例相似，但缺少了贝氏垫圈62。更确切地说， 在第二典型实施例中，保持元件158直接与轴承142的上表面连接。
图10中主要示出了垂直承窝234的第三典型实施例，且相似的、相差200 的附图标记用于示出与上述第一典型实施例相应的特征。在这个典型实施例 中，大致呈圆柱形的橡胶缓冲垫272围绕金属外壳236设置并基本包围该外 壳236，且外部壳体274基本包围橡胶缓冲垫272。因此，在第三典型实施例 中，外部壳体274是垂直承窝234的径向最外的部件。该外部壳体274的尺 寸适于压入配合在控制臂主体(例如图3的控制臂主体26)的开口中。在运 行中，橡胶缓冲垫272吸收控制臂主体和车架之间的径向力。各护罩264的 一端与立柱242中的凹槽266连接，且各护罩264的另一端夹持在外部壳体 274的唇部与橡胶缓冲垫272之间。另外，外部壳体274包括形成在其中的圆 缘(bead)276，当将垂直承窝234插入控制臂主体中的开口内时起到止位点 的作用。橡胶缓冲垫272可以由任何适合的弹性材料(例如聚氨酯橡胶)制 成，且外部壳体274可以由任何适合的金属材料(例如低碳化1010钢)制成。
图11中主要示出了垂直承窝334的第四典型实施例，且相似的、相差300 的附图标记用于示出与上述第一典型实施例相应的特征。与上述第三典型实 施例相似，该第四典型实施例包括橡胶缓冲垫372和外部壳体374。然而，在 这个典型实施例中，轴承354仅连接立柱342的弯曲中间部分350的上部区 域，且外壳336具有曲面，该曲面滑动连接弯曲中间部分350的下部区域。 因此，轴承354和外壳336均与立柱342滑动接触。因此，弹簧362向轴承 354上施加预载荷，轴承354将该预载荷转移至立柱354。在这个典型实施例 中，垫圈378邻近外部壳体374的一端设置。另外，在这个典型实施例中， 立柱342的端部352大致为圆柱形而非截头圆锥台形。
显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的，而且，在 本发明的范围内，各种修改和变化也可通过除了具体描述以外的方式实现。