專利名稱：具有減摩涂層的桿端的制作方法
具有減摩涂層的桿端技術領域
本發(fā)明一般涉及將可相對移動的車輛轉向部件彼此連接的接頭，特別涉及橫拉 桿端(tie rod ends)。
背景技術：
車輛懸架系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)典型地包括接頭，例如用于將橫拉桿端可操作地連接 至轉向節(jié)(steeringknuckle)的橫拉桿端球型接頭(tie rod end baU-typejoints)，以及用于將該轉向節(jié)耦合至轉向頭(steering yoke)的球接頭。此外，其他應用(例如狂歡節(jié)旅行 或具有可相對移動的接頭的任何其他應用)典型地具有球接頭，以方便被連接的部件之 間的相對運動。在橫拉桿端球型接頭裝配完畢后，一般需要加入在預定轉矩容差內的摩 擦阻力，以抵抗接頭運動。如果該摩擦阻力或轉矩過大或過小，那么該球接頭可能會表 現(xiàn)出縮短的使用壽命，并且進一步地，會導致一種可感知的、表明該部分不合意的“感 受”。例如，如果該橫拉桿端表現(xiàn)出超出所需容差界限的摩擦阻力，那么車輛操作員或 機修工可能會“感覺到”需要大轉矩移動該橫拉桿端，并且因而相信該橫拉桿端不那么 合意。但是，一個折中存在于如果該橫拉桿端以導致可感知質量的“感受”的一個最 初合意的轉矩裝配，那么該橫拉桿端的摩擦阻力從該最初設定的界限降低，并且因而最 終導致一個可感知的松的感覺，這也可導致該橫拉桿端的替換或維修。因此，在提供具 有最初高度摩擦阻力的橫拉桿端和提供具有最初低度摩擦阻力的橫拉桿端之間，存在一 個折中。
業(yè)已采取措施涂敷球接頭，以提供一個最初降低的、合意水平的摩擦阻力，同 時為該球接頭提供長久的使用壽命。但是，涂敷球接頭的所有已知措施導致該球接頭的 摩擦阻力保持最初過大和/或涂層過早地從被敷表面擦落。發(fā)明內容
提供一種橫拉桿端，該橫拉桿端具有至少部分基于“感覺”的延長的使用壽 命。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該橫拉桿端包括在一端具有球面球的一螺柱以及具有用于 與該球滑動毗連的凹球面的軸承表面的一軸承。該球或該軸承表面中的一個具有形成于 其上的潤滑槽。進一步地，具有該潤滑槽的該球或該軸承表面具有結合至其上的潤滑涂層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該橫拉桿端具有一螺柱和一軸承，該螺柱具有球，該 球具有凸出表面，該軸承具有支撐該球并共同提供可移動接頭的凹入的軸承表面。該球 和該軸承表面由金屬制成，并且當經過樞轉周移動該可移動接頭時，該接頭提供以轉矩 衡量的一定的運動阻力。當經過第一樞轉周移動該接頭時，該轉矩最大，然后當經過約 一百萬樞轉周移動該接頭時，該轉矩沿曲線減小至一較小的轉矩。一耐磨減摩涂層被涂 敷至該球和該軸承表面中的至少一個，并且具有降低第一樞轉周的轉矩水平、然后隨時 間磨損掉以繼續(xù)減小轉矩但在第一百萬樞轉周提供與該接頭若沒有被涂敷該涂層基本相3同水平的轉矩的效果。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的方面，該球和/或該軸承運行表面的接觸區(qū)域被涂敷以 結合的潤滑涂層，例如被冠以名稱Sunoloy 銷售的涂層。該潤滑涂層將相同條件下若 沒有該潤滑涂層會產生的最初預載轉矩減小為一個被“覺察為”合意的預定轉矩。進一 步地，經過約100至500千周的使用后，該潤滑涂層在該橫拉桿端的高接觸區(qū)域被實質消 耗掉，在約ι百萬周之后最后得到的轉矩在約 ο至20英寸-磅之間，這大致相當于未包 含該涂層的情況下的最后得到的轉矩。
因此，該潤滑涂層為該橫拉桿端提供合意的、可察覺的最初、未用過的轉矩設 置。在該橫拉桿端最初裝配之后，這特別重要。若在最初裝配之后該可察覺轉矩過大， 該橫拉桿端則可能被認為相當不合意。此外，延續(xù)使用之后，該潤滑層會在該球與該軸 承之間的接觸區(qū)域全部或實質消耗掉，例如在約100至500千周之后，轉矩保持大于零， 這也被認為是合意的。


結合下面的當前優(yōu)選實施例和最佳實施方式的詳細說明、所附權利要求和附 圖，本發(fā)明的這些和其他方面、特點和優(yōu)點將得以更好地理解，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個當前優(yōu)選方面構造的橫拉桿端的剖視圖2是圖1的橫拉桿端的被涂敷的上部軸承的平面視圖3是圖1的橫拉桿端的被涂敷的下部軸承的平面視圖4是對照其他常規(guī)橫拉桿端，示出了圖1的橫拉桿端的轉矩與橫拉桿端的周數(shù) 的關系的圖表；以及
圖5是對照其他常規(guī)橫拉桿端，示出了圖1的橫拉桿端的載荷偏移量與橫拉桿端 的周數(shù)的關系的圖表。
具體實施方式
詳細參考附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個當前優(yōu)選實施例構造的外部橫拉 桿端“轉向”球型接頭組件，下文以橫拉桿端10指代。該橫拉桿端10具有帶有成形為 連接至內部轉向部件(例如通過調節(jié)器連接至內部橫拉桿組件)的端13的橫拉桿11，以 及帶有在一端16的球14和成形為連接至車輛轉向元件(例如通過螺紋19)的一相對端18 的螺柱12，其中該車輛轉向元件可以是例如轉向節(jié)或轉向頭(圖未示)。橫拉桿端10進 一步包括成形為與球14滑動接合的軸承組件20，其中，使用時在球14與軸承組件20之 間的載荷沿橫拉桿11的長度是徑向或實質徑向的，例如在約400至1800磅之間，而使用 時沿螺柱12的長度施加于橫拉桿端10的軸向載荷是可忽略或實際上無關緊要的，不像典 型的“懸架”球接頭可觀察到約1000至2000磅范圍以上的軸向力。軸承組件20可被提 供為具有第一和第二軸承部分，也分別以上部和下部軸承22、M指代，它們被成形來滑 動地接合球14的相對側。應當認識到，若應用需要，軸承組件20可被提供為任何類型的 對開軸承或被提供為由單一的、整體的材料件構造的軸承。再進一步地，橫拉桿端10包 括耐磨的減摩潤滑涂層，總體示于沈，該涂層被涂敷并結合至球14或軸承組件20之一， 但優(yōu)選不是兩者，因為這已被證明對橫拉桿具有負面后果，包括增加使用時的轉矩。在4開展的試驗中使用的潤滑涂層沈是可購得的專有的聚合物基的涂層材料，例如冠以聯(lián)邦 注冊商標“Sunoloy”的涂層材料，更特別地，來自密西根州普利茅斯市的Sun Coating Company的產品Sunoloy 402。涂敷的潤滑涂層沈為橫拉桿端10提供至少兩個增強的性 能特征。第一，它降低了在最初裝配完畢之后球14與軸承組件20之間的摩擦；第二， 在橫拉桿端10的使用壽命的最初階段(例如橫拉桿端10的約100至500千周之間)，它 實質上在球14與軸承組件20之間的接觸區(qū)域被消耗了，從而使得球14與上部和下部軸 承部分22、M表現(xiàn)出減小的磨損。因此，樞轉橫拉桿端10所需的轉矩在其使用壽命期 間以一個比沒有潤滑涂層沈時更小的程度被降低。
第一和第二軸承部分22、M可由任何適合的金屬構造，例如燒結粉末金屬。各 軸承部分22、M分別具有在相對端之間延伸的外部圓柱形壁觀、30，其中，壁觀、30的 尺寸被確定為適于容置于橫拉桿11的外殼或承窩(soCket)31。各軸承部分22、24分別 具有實質凹球面的軸承表面32、34，軸承表面32、34具有與球14大致相似的球面曲率以 便與其滑動毗連。分別如圖2和3所示，軸承部分22、M還示為具有從軸承表面32、34 徑向向外延伸的多個潤滑槽36。槽36在相應的軸承表面32、34的相對端之間并穿過該 相對端延伸，并在相應的軸承表面32、34和槽36的接合處形成尖銳邊37。槽36主要用 于傳遞潤滑劑，例如油脂，以防止軸承組件內的潤滑劑增壓并減小軸承組件20與球14之 間的摩擦，從而延長橫拉桿端10的使用壽命。應當理解，根據(jù)需要，可以將槽36形成 為具有多種形狀和深度。為進一步方便潤滑劑的流動，上部軸承M示為具有穿過上部軸 承M的最上表面延伸的潤滑隙39，以允許潤滑劑穿過該潤滑隙自由流動。
螺柱12可由任何適合的金屬構造，例如ABI 4140鋼。球14在此處示為具有實 質球面的軸承表面38，并作為舉例進一步示為無任何潤滑涂層，盡管可在球14的軸承表 面38上形成潤滑涂層，或者潤滑槽被形成于球14而非軸承組件20。
潤滑涂層沈被涂敷并結合至第一和第二軸承表面32、34，并且作為舉例而非限 制，此處示為被涂敷至軸承部分22、M的整個外表面?？梢灶A期將潤滑涂層沈涂敷并 結合至軸承表面32、34的任何適合的方法，例如浸漬、噴射或噴射磨光工藝(spray and tumble process)。潤滑涂層洸的“已結合”厚度(” as bonded” thickness)在微米水 平，因而，它不會顯著地影響層疊容差。有了潤滑涂層沈被直接涂敷至第一和第二軸承 表面32、34，保證涂層沈不會過早地從軸承部分22、M擦落，若潤滑涂層僅僅被涂敷 于球14，就會發(fā)生這一情況。這之所以可能發(fā)生，是因為軸承部分22、M上的邊37在 球14的軸承表面38刮擦，因此橫拉桿端10的轉矩會因被擦落的涂層材料易于束縛接頭 而增大。當然，如果球14具有潤滑槽，而軸承部分22、M被成形為沒有潤滑槽，那么 潤滑涂層沈的涂敷可顛倒過來，即該涂層被涂敷至球14的接觸區(qū)域而非軸承表面32、 34。因此，優(yōu)選將該潤滑涂層涂敷至具有潤滑槽的軸承表面。
最佳如圖4所示，橫拉桿端10裝配完畢后，潤滑涂層沈具有減小在相同條件下 若沒有該潤滑涂層就會產生的最初預載轉矩的作用，正如沒有潤滑涂層26的同樣的橫拉 桿端100所呈現(xiàn)的。圖4的圖表上示出的值是在3軸測試仿真器上獲得的。正如可看到 的，潤滑涂層沈在相似的橫拉桿端10、100之間的作用是從橫拉桿端100(通常以“感 覺”被覺察為不合意)上的約60英寸-磅水平的最初預載轉矩減小(例如減小約30至 40英寸-磅)為橫拉桿端10 (通常以“感覺”被覺察為良好和合意的部分)上的約30英寸-磅的最初預載轉矩。
圖4中示出的還有另一套橫拉桿端200、300。橫拉桿端200被構造為在赤道上 具有與醛縮醇浮子(acetal floater)相承的標準2件醛縮醇扣Opieceacetal snap)，該橫拉桿端200沒有預載。正如所測試的，橫拉桿端200具有約25英寸-磅的最初預載轉矩，這 通常被認為略好于橫拉桿端10，但是，在進行了 1百萬周測試之后，橫拉桿端200的最后 所得到的預載轉矩降至約零(0)，這通常被認為是壞零件，特別是如果該橫拉桿伴隨著大 的徑向偏移。
橫拉桿端300被構造為具有輕預載，例如通過貝勒維爾(Bellville)墊圈或波形墊 圈(wave washer)，最初預載轉矩為約M英寸-磅。因此，該橫拉桿端300的已裝配預 載轉矩與橫拉桿端10和橫拉桿端200大約相同。但是，在開展了 1百萬周測試之后，橫 拉桿端300的最后所得到的預載轉矩降至約12英寸-磅，低于橫拉桿端10的最后所得到 的預載轉矩。
在完成了 1百萬周之后，橫拉桿端10、100均產生約20英寸-磅的實質相同的 預載轉矩。因此，在完成轉周測試之后，橫拉桿端10、100產生最佳的可察覺轉矩。這 是因為以下事實，即經過了 1百萬周的使用后，橫拉桿端10上的潤滑涂層沈在球14與 軸承部分22、對之間的接觸區(qū)域上被全部或實質消耗掉了，最后所得到的轉矩在約10至 20英寸-磅之間，這大致相當于若沒有涂敷該涂層的情況下最后所得到的轉矩。但是， 正如所指出的，相比于橫拉桿端100，具有潤滑涂層沈的橫拉桿端10—開始就具有源于 涂層沈的顯著減小和改善的轉矩，該轉矩實質為橫拉桿端100的轉矩的一半。
如圖5所示，還對橫拉桿端10、100、200、300作了另一仿真測試，其中的值是 使用施加了 +/-200磅的徑向偏移力的3軸測試仿真器獲得的，以確定在1百萬周測試的 過程中，它們在+/-200磅的施加載荷下會偏移多少。偏移量越低越好，因為偏移被認 為是松動，并且松動的橫拉桿端會產生噪音并在整個轉向系統(tǒng)中導致齒間隙(backlash)， 這會對包括輪胎在內的眾多的其他車輛轉向部件產生負面影響。正如所示，各橫拉桿端 10、100、200、300裝配后具有約0.004英寸的實質相同的偏移量。在1百萬周的終了， 橫拉桿端200產生最大的偏移，最終偏移為約0.010英寸。所以，盡管最初裝配時橫拉桿 端200的最初預載轉矩相比于具有潤滑涂層沈的橫拉桿端10略有改進，最后得到的轉矩 和最后得到的偏移均遠為不合意。
在完成1百萬周之后，橫拉桿端300具有約0.008英寸的次不合意的偏移量。然 后，和橫拉桿端10基本相同但沒有潤滑涂層沈的橫拉桿端100具有約0.005英寸的偏移 量。最后，橫拉桿端10表現(xiàn)出約0.0045英寸的最小的偏移量，其中潤滑涂層沈在完成 1百萬周之后——更可能在約100至500千周之間——被全部或實質消耗掉。因此，潤滑 涂層26為橫拉桿端10提供相對于其他橫拉桿端100、200、300的最佳性能，因為它在完 成1百萬周測試之后產生最好和最合意的預載轉矩和偏移。
顯然，在上述教導下，可能對本發(fā)明進行多種修正和變型。例如，正如上文所 討論的，可以預期的是，球14可以具有用于為油脂提供槽路的槽，而軸承表面32、34則 成形為沒有槽。因此，應當理解，在所附權利要求的范圍內，本發(fā)明可以以不同于具體 描述的方式實施。權利要求
1.一種橫拉桿端，包括在一端具有球面球的一螺柱；具有用于與所述球滑動毗連的凹球面的軸承表面的一軸承；所述球或所述軸承表面中的一個具有形成于其上的潤滑槽；且所述球或所述軸承表面中的所述一個具有結合至其上的潤滑涂層。
2.如權利要求1所述的橫拉桿端，其特征在于，所述潤滑槽位于所述軸承表面。
3.如權利要求2所述的橫拉桿端，其特征在于，所述軸承是具有上部軸承部分和下部 軸承部分的對開軸承，所述上部軸承部分和下部軸承部分均具有所述潤滑槽。
4.如權利要求3所述的橫拉桿端，其特征在于，所述球未涂敷。
5.如權利要求4所述的橫拉桿端，其特征在于，所述球沒有所述潤滑槽。
6.如權利要求3所述的橫拉桿端，其特征在于，所述上部軸承部分和下部軸承部分均 具有相對端，所述潤滑槽在所述相對端之間并穿過所述相對端延伸。
7.如權利要求1所述的橫拉桿端，其特征在于，所述潤滑涂層為裝配后的所述橫拉桿 端提供較之沒有該潤滑涂層時減小的轉矩。
8.如權利要求1所述的橫拉桿端，其特征在于，所述潤滑涂層為聚合物基的。
9.一種橫拉桿端，包括具有球的一螺柱，所述球具有凸出表面；具有支撐所述球并共同提供可移動接頭的凹入的軸承表面的一軸承；所述球和所述軸承表面由金屬制成；當經過樞轉周移動所述可移動接頭時，所述可移動接頭提供以轉矩衡量的一定的運 動阻力，當經過第一樞轉周移動該接頭時，所述轉矩最大，然后當經過一百萬樞轉周移 動該接頭時，所述轉矩沿曲線減小至一較小的轉矩；以及一耐磨減摩涂層，所述涂層被涂敷至所述球和所述軸承表面中的一個，并且具有降 低第一樞轉周的轉矩水平、然后隨時間磨損掉以繼續(xù)減小轉矩但在第一百萬樞轉周提供 與該接頭若沒有被涂敷該涂層基本相同水平的轉矩的效果。
10.如權利要求9所述的橫拉桿端，其特征在于，所述球和所述軸承表面中的一個被 形成為具有槽，所述球和所述軸承表面中的另一個沒有槽，且所述涂層被涂敷至該設槽 的部件。
11.如權利要求10所述的橫拉桿端，其特征在于，所述槽形成于所述軸承表面。
12.如權利要求11所述的橫拉桿端，其特征在于，所述軸承是具有上部軸承部分和下 部軸承部分的對開軸承，所述上部軸承部分和下部軸承部分均具有所述槽和所述涂層。
13.如權利要求11所述的橫拉桿端，其特征在于，所述球未涂敷。
14.如權利要求9所述的橫拉桿端，其特征在于，所述涂層為聚合物基的。
全文摘要
一種橫拉桿端，包括在一端具有球面球的一螺柱以及具有用于與該球滑動毗連的凹球面的軸承運行表面的一軸承。該球或該軸承運行表面的接觸區(qū)域具有潤滑槽，以方便為油脂提供槽路，其中該設槽元件被涂敷以結合的潤滑涂層。該潤滑涂層將通常被認為不合意的最初預載轉矩減小為一個被認為合意的轉矩。經過約100至500千周后，該潤滑涂層在高接觸區(qū)域被實質消耗掉，最后得到的轉矩保持大于零，這也被認為是合意的。
文檔編號F16C11/00GK102027249SQ200980116589
公開日2011年4月20日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權日2008年3月7日
發(fā)明者勞倫斯·H·菲奇, 托馬斯·J·伯恩斯 申請人:費德羅-莫格爾制品有限公司