專利名稱：轉(zhuǎn)向節(jié)叉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支承件，并且具體涉及轉(zhuǎn)向節(jié)叉支承件和支承組件。
背景技術(shù)：
許多車輛使用齒條與小齒輪轉(zhuǎn)向器以便在路途中將來(lái)自轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn) 向車輪上。在這些系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向盤被結(jié)合到一個(gè)主動(dòng)小齒輪上，該主動(dòng)小齒輪包括與齒條軸 上的多個(gè)齒相配合的齒輪齒。當(dāng)該主動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成連接至轉(zhuǎn)向橫拉桿上 的齒條軸的線性運(yùn)動(dòng)。然后這些轉(zhuǎn)向橫拉桿使這些轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而引起車輛轉(zhuǎn)向。為了 確保主動(dòng)小齒輪與齒條軸之間的適當(dāng)齒隙，可以使用一個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)叉組件以提供迫使這個(gè)軸 進(jìn)入該主動(dòng)小齒輪中的一個(gè)偏置力。該節(jié)叉還可以被稱為“節(jié)叉組件”、“節(jié)叉滑塊”、或“圓 盤件”。當(dāng)主動(dòng)小齒輪被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該齒條軸(典型地是鋼質(zhì)的)沿著該節(jié)叉滑動(dòng)。通過(guò)在該 節(jié)叉的接觸表面上使用一種低摩擦的支承件可以將軸與節(jié)叉之間的摩擦最小化。其他減小 摩擦的方法包括使用滾動(dòng)元件(滾珠)以及加入潤(rùn)滑劑如潤(rùn)滑脂。這些轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以是機(jī) 械的、液壓的或電動(dòng)的。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露了針對(duì)一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉的制造和使用的多種裝置以及方法，該轉(zhuǎn)向節(jié)叉在 多種應(yīng)用如齒條與小齒輪齒轉(zhuǎn)向組件中可以是有用的。該轉(zhuǎn)向節(jié)叉可以是空心的并且可以 包括一個(gè)環(huán)形槽，該環(huán)形槽被設(shè)計(jì)為與轉(zhuǎn)向齒條軸互補(bǔ)并對(duì)其進(jìn)行支撐。這個(gè)槽可以包括 一個(gè)低摩擦的涂層，該涂層可以由一種聚合物形成。該節(jié)叉還可以包括一個(gè)彈簧座，該彈簧 座被構(gòu)造并安排為使得為該轉(zhuǎn)向節(jié)叉支承件提供偏置力的一個(gè)彈簧就座。一方面，在此提供了一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉，該轉(zhuǎn)向節(jié)叉包括一個(gè)空心的圓柱體，該圓柱體 包括一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，其中該第一端限定了以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)一個(gè)用于容 納轉(zhuǎn)向齒條軸的弧形凹陷，其中該弧形凹陷包括一個(gè)接觸表面，該接觸表面包含一個(gè)低摩 擦聚合物層；以及一個(gè)彈簧座，該彈簧座被構(gòu)造并安排為支撐并夾持為該節(jié)叉提供了偏置 力的一個(gè)彈簧。另一方面，在此提供了一種形成轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體的方法，該方法包括以下步驟在一 個(gè)模具上拉伸一個(gè)金屬/聚合物疊層板以產(chǎn)生一種基本空心的形式，該形式具有一個(gè)頂表 面和一個(gè)開放底部，并且在該頂表面上形成以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)一個(gè)凹的弧形槽，它被 成形為與一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸互補(bǔ)；以及一個(gè)彈簧座，該彈簧座被構(gòu)造并安排為支撐為該節(jié)叉 本體提供了偏置力的一個(gè)彈簧。在另一方面，在此提供了一種形成轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體的方法，該方法包括以下步驟將 一個(gè)金屬板卷繞成一個(gè)圓柱體、將該板的鄰接邊緣彼此固定、并且將一個(gè)凹的弧形支承表 面附接到該圓柱體的一端上，該支承表面被構(gòu)造并安排為容納一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸。本申請(qǐng)的主題在某些情況下可以涉及相互關(guān)聯(lián)的多種產(chǎn)品、對(duì)于一個(gè)特定問(wèn)題的 多種替代方案、和/或一種單個(gè)系統(tǒng)或物品的多種不同用途。


在附圖中，圖1是一個(gè)齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分解圖；圖2是一個(gè)齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分的切開視圖；圖3A是一種被拉伸的轉(zhuǎn)向節(jié)叉的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖;3B是生產(chǎn)一種被拉伸的轉(zhuǎn)向節(jié)叉的一個(gè)實(shí)施方案中的一個(gè)步驟的透視圖；圖3C是生產(chǎn)圖IBB中所示實(shí)施方案中的另一個(gè)步驟的透視圖；圖3D是與圖3A的實(shí)施方案相關(guān)的一個(gè)實(shí)施方案；圖4是一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉的另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖4B是與圖4A所示的方案相類似的一個(gè)實(shí)施方案；圖5是一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉的另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖6A和圖6B提供了一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉的另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖7提供了不同的轉(zhuǎn)向節(jié)叉實(shí)施方案的圖解的試驗(yàn)結(jié)果；并且圖8是一個(gè)條形圖，示出了不同實(shí)施方案的摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式在一方面，在此說(shuō)明了一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉和轉(zhuǎn)向節(jié)叉組件，其中該節(jié)叉的支承件接觸 表面展現(xiàn)出了減小的摩擦，這允許在一個(gè)對(duì)抗齒條軸上的更大的偏置力。這個(gè)增大的偏置 力可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)向柱中減小的噪聲和振動(dòng)。更低的摩擦水平還可以使得能夠使用更低水平的 功率輔助，從而能夠使用電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)力的液壓泵。在許多情況下，可以重要的是在該節(jié)叉 支承件以及節(jié)叉組件的整個(gè)壽命期間具有實(shí)質(zhì)上低的、一致的摩擦系數(shù)。在另一方面，可以通過(guò)使用一種實(shí)質(zhì)上空心的節(jié)叉組件來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中減小的 噪聲和振動(dòng)。當(dāng)與鑄造的、機(jī)加工的或注塑模制的節(jié)叉組件進(jìn)行比較時(shí)，一種實(shí)質(zhì)上空心的 節(jié)叉可以減小振動(dòng)?？招牡墓?jié)叉(“罐”)可以通過(guò)由一個(gè)薄片形成該罐或者通過(guò)在一個(gè)或 多個(gè)步驟中在一個(gè)模具上拉伸材料片來(lái)生產(chǎn)。該片材可以是一種金屬和一種聚合物的一個(gè) 疊層板。一種“空心的節(jié)叉”是遍及該節(jié)叉的本體是基本空心的而非實(shí)心的一種節(jié)叉。該 空心的節(jié)叉具有一個(gè)內(nèi)部空腔，該空腔可以是空的或者可以填充有另一種材料。在不同的 實(shí)施方案中，該支承件可以與或不與潤(rùn)滑脂一起使用。圖1中提供了一種典型的轉(zhuǎn)向組件10的一個(gè)分解圖。螺旋形主動(dòng)小齒輪110是 與一個(gè)齒條軸(圖1中未示出)上的齒相配合的。節(jié)叉組件120被插入小齒輪殼體130之 中并且提供了一個(gè)偏置力，該偏置力使得該齒條軸與主動(dòng)小齒輪110維持適當(dāng)?shù)凝X隙。該 系統(tǒng)典型地是用一種潤(rùn)滑脂如鋰潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑的。圖2提供了圖1的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的一部分 的切開視圖。螺旋形主動(dòng)小齒輪110是與齒條軸122相配合的，這在轉(zhuǎn)向節(jié)叉140的幫助 下維持了機(jī)械接觸。轉(zhuǎn)向節(jié)叉140被彈簧160壓靠在主動(dòng)小齒輪110上。彈簧160通過(guò) 帶螺紋的帽166被壓縮并且被夾持。0型環(huán)162就座于一個(gè)環(huán)繞節(jié)叉140的通道中。該0 型環(huán)也可以就座于一個(gè)環(huán)繞殼體130的內(nèi)表面的槽中。當(dāng)操作者轉(zhuǎn)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)向盤時(shí)，主 動(dòng)小齒輪110轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得齒條軸122或者滑入或者滑出如圖2中構(gòu)型的頁(yè)面。該齒條 軸122在一個(gè)靜止的節(jié)叉140上滑動(dòng)，這維持了使該齒輪和該軸保持嚙合在一起的一個(gè)偏5置力。更強(qiáng)的偏置力可以幫助實(shí)現(xiàn)更小噪聲的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，然而，如果彈簧160提供了更強(qiáng)的 力，那么在節(jié)叉140與齒條軸122之間將發(fā)生更大量值的摩擦并且導(dǎo)致磨損。現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向節(jié)叉典型地是由壓鑄金屬或注塑模制的塑料制成的，其上附接了一種 低摩擦的襯層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些固體材料可以傳遞振動(dòng)和噪聲，從而在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中導(dǎo)致不希 望的振動(dòng)。這種系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)可以隨著節(jié)叉變老而惡化，并且典型地在轉(zhuǎn)向盤處通過(guò)“駕 駛者的感覺(jué)”而被檢測(cè)到。在此說(shuō)明的這些節(jié)叉中的一些采用了一種空心本體的設(shè)計(jì)，這出 人意料地導(dǎo)致了噪聲和振動(dòng)傳遞的減小。一種空心的節(jié)叉還可以減小該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的重量。一種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以被暴露于寬的溫度范圍中，這可以是例如環(huán)境溫度變化、或由 于工作和/或摩擦引起的溫度升高的結(jié)果。因?yàn)檗D(zhuǎn)向節(jié)叉典型地是用不同于將它們封裝于 其中的殼體的材料(經(jīng)常是鋁)制成的，所以可能在該節(jié)叉中建立公差，這允許了該節(jié)叉在 殼體內(nèi)的熱膨脹和收縮。但是這些公差也可以在該節(jié)叉與該軸以及該殼體之間導(dǎo)致過(guò)度的 間隙。這種過(guò)度的間隙可以在該系統(tǒng)中產(chǎn)生額外的噪聲。在已經(jīng)確定了這種過(guò)度噪聲的原 因之一的情況下，可以將具有相似或相同熱膨脹特征的一種空心鋁節(jié)叉制造成更緊密的公 差并且可以減小游隙的量，從而提供具有減小的振動(dòng)的一種更安靜的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。一種空心的節(jié)叉可以按多種方式來(lái)構(gòu)造。例如，該節(jié)叉可以被擠出、成形、模制、壓 制、卷繞、機(jī)加工、或這些方法的任意組合。在一組實(shí)施方案中，將一個(gè)金屬或金屬/聚合物 薄片轉(zhuǎn)化成一個(gè)節(jié)叉。例如，一種空心的節(jié)叉可以通過(guò)在一個(gè)模具上拉伸一個(gè)沖壓的金屬 片或金屬/氟聚合物疊層板來(lái)構(gòu)造?？商娲兀梢詫⒁粋€(gè)低摩擦的層如一種縮醛樹脂機(jī) 械地附接至該支承表面上?？梢允褂昧硗獾牟襟E以在被構(gòu)造并安排為支撐一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸 的一端處形成一個(gè)凹的弧形部分。該弧形部分可以是圖3A中所示的一個(gè)部分的圓柱體。在 被拉伸的材料不包括氟聚合物的情況下，可以將一個(gè)潤(rùn)滑性的支承表面附接至該節(jié)叉的本 體上，例如是通過(guò)一個(gè)凸臺(tái)(圖幻、一種壓力裝配、或一種粘合劑。一種空心的節(jié)叉還可以 通過(guò)將一片金屬或金屬/氟聚合物疊層板纏繞成一種可以是圓柱形或基本圓柱形的三維 形狀來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)例如焊接將這些邊緣結(jié)合在一起。一個(gè)空心的節(jié)叉可以包括一 個(gè)厚度小于5mm、小于2mm、小于Imm或小于0. 5mm的圓柱體壁?？梢栽谝粋€(gè)分別的步驟中 加入一個(gè)端蓋，并且該端蓋可以具有一種相似或不同的材料。還可以向該端蓋加入一種聚 合的支承表面，如一種縮醛樹脂或一種氟聚合物。如果該罐是由一種金屬片生產(chǎn)的，那么可 以通過(guò)機(jī)械或粘合手段將一個(gè)氟聚合物層附接至該外部金屬表面上。在本發(fā)明的一個(gè)方面，該節(jié)叉并不接觸齒條軸的一個(gè)部分可以包括一個(gè)聚合物 層。這個(gè)部分可以是例如該圓柱形部分的壁的外表面，如圖3A至圖3C中所示。這可能是 除了在弧形表面2M上包括一個(gè)聚合物層之外的，該弧形表面支撐了一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸。 圓柱體壁2 可以不與該往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸相接觸但可以還包括一個(gè)聚合物(例如，氟聚 合物)層。已經(jīng)知道圓柱體壁2 上的一個(gè)氟聚合物層可以在一個(gè)節(jié)叉殼體中提供更安靜 的、更安全的配合。此外，可以緩解制造公差，因?yàn)橐环N固體氟聚合物可以“冷流動(dòng)”，從而允 許該節(jié)叉被壓入一個(gè)殼體中，如果該節(jié)叉僅包括一個(gè)裝配于鋼或鋁殼體中的鋁或鋼圓柱體 壁的話，這將是太緊而不能接受該節(jié)叉。這種特征還可以將噪聲和振動(dòng)最小化，因?yàn)樵摴?jié)叉 可以通過(guò)零間隙而插入殼體之中。一個(gè)結(jié)果是貫穿該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命在轉(zhuǎn)向盤上可以得到 改善的感覺(jué)。在一組實(shí)施方案中，該節(jié)叉的接觸表面可以包括一種聚合物，如在一個(gè)金屬基底上的一種氟聚合物的疊層板。該氟聚合物可以通過(guò)例如機(jī)械粘附或用一種氟聚合物熱熔 性粘合劑進(jìn)行層壓而粘合至基底上。該氟聚合物可以是例如PTFE ；并且該金屬可以是例 如鋁、鋼、青銅、銅或它們的合金。該疊層板可以是無(wú)鉛的。該聚合物可以包括一種或多種 填充劑，如石墨、玻璃、芳香族聚酯(EK0N0L )、青銅、鋅、氮化硼、碳和/或聚酰亞胺。一個(gè) 實(shí)施方案包括石墨和聚酯填充劑兩者。在一種聚合物如PTFE中這些填充劑每種的濃度可 以是按重量計(jì)大于1%、大于5%、大于10%、大于20%或大于25%。也可以使用在該金屬 與該氟聚合物之間的、或包埋在該氟聚合物中的另外的層，如青銅網(wǎng)絲。此類材料包括從 圣戈本高功能塑料股份有限公司(Saint-Gobain Performance Plastics Inc.)可獲得的 N0RGLIDE 產(chǎn)品線。N0RGLIDE產(chǎn)品的適當(dāng)實(shí)例包括NORGLIDE PRO、M、SM、T禾Π SMTL。該氟 聚合物層的厚度可以變化或者可以遍布該基底是恒定的。該氟聚合物層可以在接觸區(qū)具有 大于或等于30 μ m、50 μ m、75 μ m、100 μ m、150 μ m、200 μ m、或250 μ m的平均厚度。已經(jīng)示出 的更厚的氟聚合物層提供了在該節(jié)叉的壽命上的更加一致的支承件載荷。在一些實(shí)施方案 中，該金屬基底具有例如從100 μ π!至5mm的標(biāo)稱厚度。更具體的范圍包括對(duì)鋁是200 μ m 至4mm而對(duì)鋼是200 μ m至1. 23mm。該節(jié)叉的接觸表面可以進(jìn)行紋理化從而使得該表面的一些部分高于其它部分。紋 理化可以包括多個(gè)峰和凹谷。這些峰可以高于相鄰的凹谷測(cè)出為大于或等于10 μ m、20 μ m、 50μπι、100μπι或200μπι。這種表面的紋理化可以提供大量的儲(chǔ)存區(qū)用于保留潤(rùn)滑脂。這 種紋理可以是圖案化的或不規(guī)則的并且可以遍布該接觸表面是一致的。在一個(gè)實(shí)施方案 中，一種圖案化的紋理化表面可以通過(guò)將一個(gè)氟烷層沉積在一個(gè)篩(如青銅網(wǎng)絲)上而形 成。當(dāng)組裝時(shí)，該鋼制齒條軸的光滑表面可以在遍布該接觸表面的大量的高的點(diǎn)、或峰處接 觸該節(jié)叉。接觸點(diǎn)可以分布為遍布該表面從而使得該節(jié)叉與該齒條軸之間的力是由該弧形 區(qū)域的一個(gè)大的部分承受的。例如，可以發(fā)現(xiàn)這些接觸點(diǎn)大于該弧形表面區(qū)域的50%、大于 70%、大于80%或大于90%。這個(gè)力可以實(shí)質(zhì)上均等地分布在該弧形區(qū)域的中心與邊緣部 分之間。因此，由該節(jié)叉對(duì)抗該圓柱形齒條軸所施加的壓力可以遍布該支承表面的寬度和 長(zhǎng)度是實(shí)質(zhì)上相等的。這是與多種替代設(shè)計(jì)(如哥德式拱形)相反的，在哥德式拱形中在 齒條軸與支承表面之間提供了兩條不同的接觸線。在一種“哥德式拱形”設(shè)計(jì)中，該支承件 的表面被構(gòu)造有一個(gè)偏置半徑以促進(jìn)與該齒條軸的兩個(gè)接觸區(qū)。這些線性區(qū)域典型地平行 于該齒條軸的軸線伸展并且可以例如是離開該軸的中心45度。據(jù)信這種設(shè)計(jì)減小了支承 表面與齒條軸之間的拖曳。隨著該支承表面被磨損進(jìn)入，這兩個(gè)線性區(qū)域的面積可以擴(kuò)展 直到整個(gè)支承表面都與該齒條軸接觸。這種另外的表面積接觸促成了在磨損的支承件中已 測(cè)得的更高的摩擦系數(shù)。因此，歸因于接觸面積隨時(shí)間的變化，一種哥德式拱形設(shè)計(jì)的節(jié)叉 可以展現(xiàn)出在新的時(shí)候比在100，000或200，000個(gè)周期之后低得多的摩擦系數(shù)。在一組實(shí)施方案中，一個(gè)支承表面被成形為以在該支承表面的中心和周圍部分處 相等的力接觸該齒條軸。這可以允許向該節(jié)叉和軸施加更大的偏置力，從而產(chǎn)生更安靜的 機(jī)構(gòu)。雖然歷史上已認(rèn)為這樣一種設(shè)計(jì)為這種應(yīng)用提供了太大的摩擦，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò) 使用在此說(shuō)明的這些支承表面，摩擦系數(shù)(COF)可以與使用哥德式拱形設(shè)計(jì)的情況一樣低 或更低。支承表面可以在新的未使用的支承件中結(jié)合這種設(shè)計(jì)，并且該齒條軸與低COF聚 合物之間的接觸面積將在該支承件的壽命中基本保持恒定。這與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在常規(guī)設(shè)計(jì)的支 承件壽命中日益增大的COF是相反的，它們并沒(méi)有初始地提供遍布該支承表面大部分的接觸。在大多數(shù)轉(zhuǎn)向節(jié)叉設(shè)計(jì)中，這種支承表面是通過(guò)一個(gè)彈簧(處于壓縮中)(如圖2 所示的彈簧160)被偏置在齒條軸上。在支承件/軸界面處的支承件載荷典型地隨著該支 承表面的磨損而改變，因?yàn)殡S著該彈簧進(jìn)行膨脹來(lái)保持節(jié)叉的磨損表面與齒條軸之間的接 觸，彈簧所施加的力減小。因此，支承表面中的磨損典型地是伴隨有支承件載荷的一種相 應(yīng)減小。這種載荷上的降低可以造成(例如)不希望的噪聲和振動(dòng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括大于 100 μ m的氟聚合物層的支承表面可以在100，000或200，000個(gè)周期上產(chǎn)生一致的支承件載 荷。圖3A提供了轉(zhuǎn)向節(jié)叉組件的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖?？招牡墓?jié)叉222包括一個(gè)開 放的底部(未示出)、一個(gè)基本圓柱形的壁226以及一個(gè)弧形的上表面224，該上表面具有 的曲率半徑實(shí)質(zhì)上等于該節(jié)叉被設(shè)計(jì)為與之交界的齒條軸的曲率半徑。該表面中的弧形凹 陷可以是一個(gè)槽，該槽具有一個(gè)圓形半徑并且展現(xiàn)了局部圓形的截面。這種槽可以與一個(gè) 圓柱形轉(zhuǎn)向齒條軸互補(bǔ)，并且槽的大部分表面在施加一個(gè)偏置力時(shí)可以與轉(zhuǎn)向齒條軸相接 觸?？招牡墓?jié)叉222可以是一個(gè)被拉伸的罐，它可以包括一個(gè)圓柱形或其他形狀的壁。彈 簧座2 可以通過(guò)螺紋、壓力裝配、焊接或一種替代連接器被附連至節(jié)叉222上?？梢詫⒁?個(gè)類似于圖2中所示的彈簧(在圖3中未示出)定位在彈簧座2 上以便向節(jié)叉222提供 一個(gè)偏置力。這個(gè)座可以提供一個(gè)實(shí)質(zhì)上平的表面，這個(gè)表面幫助使遍布節(jié)叉接觸表面的 彈簧力均等。節(jié)叉222可以通過(guò)將一個(gè)疊層板片拉伸成所示形狀而形成。這種拉伸方法可 以包括一個(gè)或多個(gè)成形步驟并且可以包括使用一個(gè)、兩個(gè)或更多模具。例如，可以將一個(gè)沖 壓的圓片拉伸成圖3B中所示的罐形狀。在一個(gè)后續(xù)步驟中，可以使該接觸表面凹陷以形成 一個(gè)如圖3C中所示的凹的弧形表面。用來(lái)形成該凹的弧形特征的模具可以具有一個(gè)實(shí)質(zhì) 上與該節(jié)叉被設(shè)計(jì)來(lái)與之相交界的齒條軸相等的半徑。圖3C提供了由一個(gè)疊層板PTFE/ EKONOL在鋁材上拉伸得到的節(jié)叉的一個(gè)實(shí)例。圖3C的節(jié)叉形狀還展現(xiàn)了出人意料地高的 壓縮強(qiáng)度，從而允許它經(jīng)受與實(shí)心節(jié)叉在齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中典型地被暴露于其中的那些 情況相等或更大的力。圖3D展示了帶有一個(gè)整體性彈簧凹座228a的轉(zhuǎn)向節(jié)叉組件。一種整體性彈簧凹 座是在節(jié)叉本身被成形時(shí)所形成的彈簧凹座。例如，該節(jié)叉和彈簧凹座可以由同一坯料形 成。包括整體性彈簧凹座228a可以消除對(duì)添加如圖3A中的一個(gè)分開的彈簧座的需要。在 一個(gè)實(shí)施方案中，彈簧凹座228a可以通過(guò)在一個(gè)模具上拉伸一個(gè)坯料(它包括一種預(yù)成形 狀態(tài)的部分228a)以產(chǎn)生圖3D中所示的空心罐而生產(chǎn)。彈簧凹座228a的凹部分可以在第 二操作中使用一個(gè)第二模具或者在同一步驟中使用兩個(gè)相對(duì)的模具而形成。在這個(gè)實(shí)施方 案中，支承表面2M可以在該罐已被拉伸后而附接至該節(jié)叉組件上。彈簧凹座228a包括一 個(gè)凹入的凹陷用于容納一個(gè)彈簧，該彈簧可以提供穿過(guò)該節(jié)叉而被傳遞至該齒條軸上的一 種偏置力。彈簧凹座228a可以包括孔口 229。彈簧凹座228a的表面可以是金屬的或者包 括一個(gè)聚合物層如一個(gè)氟聚合物層。圖4A展示了另一個(gè)實(shí)施方案，其中接觸表面3M可以被沖壓并被折疊以形成一個(gè) 弧形的局部圓柱形的表面。接觸表面3M可以從一個(gè)平面片(如一個(gè)金屬片或疊層板)上 使用一個(gè)沖壓模具切下來(lái)的并且可以接著繞著一個(gè)具有與預(yù)期齒條軸相同的半徑的圓柱 體被折疊或被彎曲。然后可以將這個(gè)片例如通過(guò)焊接而附接至一個(gè)圓柱形基底3 上以形成節(jié)叉322?；? 可以具有金屬、塑料或其他材料但是不需要是PTFE，因?yàn)樗⒉唤佑| 一個(gè)移動(dòng)部件。如以上的彈簧座3 可以用來(lái)提供一個(gè)平坦表面以將該彈簧力傳遞給該節(jié) 叉。如圖4B中所示，一個(gè)類似于圖4A中所示的沖壓并折疊的節(jié)叉可以包括一個(gè)整體 性的彈簧凹座328a?？梢杂梢粋€(gè)金屬性或金屬/聚合物復(fù)合的片來(lái)沖壓一個(gè)坯料，并且該 坯料可以包括多個(gè)部分，這些部分在被折疊時(shí)形成了彈簧凹座328a?？梢詫⒃撆髁险郫B并 在接縫330處接合。接縫330可以是焊接或另外連接在一起的以固定該節(jié)叉的形狀。這個(gè) 整體性的彈簧凹座可以消除對(duì)于添加分開的彈簧座328的需要。圖5展示了另一個(gè)實(shí)施方案，其中基底4 可以是由金屬或塑料使用模制或拉伸 技術(shù)形成的。該基底包括限定了接收孔洞432的上表面430。分開的支承表面似4可以包 括一個(gè)如在此說(shuō)明的聚合物、聚合物/金屬疊層板、氟聚合物或氟聚合物/金屬疊層板。支 承表面4M可以包括凸臺(tái)434，該凸臺(tái)大小被確定為有待被壓力裝配在接收器432中。因此 接觸表面似4可以是壓力裝配在節(jié)叉本體似6之中以產(chǎn)生一種包括一個(gè)弧形的低摩擦接觸 表面的節(jié)叉。彈簧座4 按以上說(shuō)明地運(yùn)行。圖6A和圖6B提供了一個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)叉的圖示，它是通過(guò)繞著一個(gè)圓柱形心軸卷繞或 繞接一個(gè)金屬或金屬/聚合物片而形成的?？招牡膱A柱形本體5 可以通過(guò)首先由一個(gè)金 屬的或疊層板片材沖壓一個(gè)平面而形成。然后可以將該平面繞著一個(gè)具有適當(dāng)直徑的心軸 進(jìn)行卷繞以產(chǎn)生一個(gè)在底部和頂部都是開放的空心的圓柱形本體526。這些圓柱形本體邊 緣可以通過(guò)例如焊接來(lái)進(jìn)行永久結(jié)合。圓柱形本體5 可以任選地在其外表面上包括一個(gè) 聚合物涂層。支承表面5M可以由圓柱形本體5 分別進(jìn)行制造并且該罐包括一個(gè)可以被 紋理化的(如所示的)聚合物表面層。這些紋理特征可以提供潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存區(qū)同時(shí)還遍布該 弧形支承表面的大部分為一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸(未示出)提供了接觸和支撐。例如，當(dāng)被偏置 (例如，通過(guò)彈簧)在一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸上時(shí)，邊緣部分532可以經(jīng)受與中央部分534近似相 等的對(duì)抗該軸的壓力。支承表面5M上的聚合物涂層可以例如通過(guò)一種粘合劑或通過(guò)機(jī)械 結(jié)合而附接至一個(gè)金屬基底(例如，鋼或鋁)上。這個(gè)支承表面可以由一個(gè)疊層板直接形 成，或者可以在形成支承表面之后附接該聚合物涂層。適當(dāng)?shù)木酆衔锟梢园ǚ酆衔锖?縮醛樹脂并且可以包含多種填充劑如石墨或EK0N0L。支承表面5 可以通過(guò)例如焊接被永 久地附接至圓柱形本體5 上?？梢詫⒁粋€(gè)網(wǎng)篩(如一個(gè)青銅網(wǎng)篩)定位在該聚合物涂層 中或它的附近。如圖6A中所示，彈簧座5 可以是分別形成的并且可以通過(guò)焊接處Mh、542b等 被附接至圓柱形本體5 上。圓形凹陷544可以幫助將一個(gè)彈簧(未示出)保持在壓縮中， 該彈簧被向上突出的凹痕546保持定中心。彈簧座5 可以被設(shè)計(jì)為均等地遍布相對(duì)的支 承表面5M傳遞由彈簧所提供的力，該支承表面可以是與一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸(未示出)相接 觸。彈簧座5 可以是金屬的并且在一些實(shí)施方案中可以由鋼或鋁制成。它可以通過(guò)例如 用一個(gè)具有適當(dāng)形狀和尺寸的模具沖壓一個(gè)圓形平面而形成。為了評(píng)估不同的節(jié)叉支承件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種試驗(yàn)，其中在相似設(shè)計(jì)的支承件結(jié) 構(gòu)中使用不同的支承件配方。使每個(gè)支承表面經(jīng)受一個(gè)試驗(yàn)，其中將的初始載荷以 IHz的頻率和+/-90mm的行程施加了 200，000個(gè)周期。對(duì)于每個(gè)節(jié)叉支承件檢測(cè)了 1)載 荷改變；幻磨損；以及幻摩擦。每個(gè)支承表面是與該節(jié)叉分別制造的并且包括一種哥德9式拱形設(shè)計(jì)。支承件材料Al是由NORGLIDE EK015(包括15% EKONOL和5%石墨的一種 PTFE材料)在一個(gè)鋼背襯基底上制造的。支承件材料A2是Al的復(fù)制。支承件材料B是由 NORGLIDE SMTL1. OT (它是包含25% EKONOL并且沒(méi)有石墨的一種PTFE材料)在一個(gè)鋼基 底上制造的。支承件C是由一種DX材料(Garlock Bearings LLC)(它包括在一個(gè)250 μ m 燒結(jié)青銅層上的一個(gè)250 μ m的乙酰基樹脂層)在一個(gè)鋼背襯上制造的。支承件D是由一 種來(lái)自Garlock Bearings LLC的DU材料(它在一個(gè)PTFE層中包括鉛和青銅)在一個(gè)鋼 背襯上制造的。每個(gè)測(cè)試的支承件用Siell Alvania Extreme Pressure II鋰潤(rùn)滑脂進(jìn)行 潤(rùn)滑。圖7中提供的曲線圖展示了對(duì)于每個(gè)測(cè)試的支承表面的支承件載荷以及磨損水 平。這些結(jié)果表明這些NORGLIDE支承表面與DX材料相比時(shí)提供了更一致的支承件載荷 以及減小的磨損。結(jié)果顯示材料A和B與DU材料表現(xiàn)相當(dāng)。圖8提供了每種支承件材料 在新的時(shí)候、在100，000個(gè)周期之后、以及在200，000個(gè)周期之后的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù) 是使用一個(gè)摩擦測(cè)力元件測(cè)量的。這些NORGLIDE表面(A和B)隨著額外的周期實(shí)際上造 成了摩擦系數(shù)的減小(雖然實(shí)質(zhì)上相等)。如果摩擦系數(shù)的值是在第二個(gè)值的50%以內(nèi)， 則認(rèn)為它與第二個(gè)值是基本相等的。在一些實(shí)施方案中，使用后摩擦系數(shù)的改變可能小于 初始值的25%或小于10%。這些DU和DX材料隨著增加的周期顯示出顯著增大的摩擦水 平。為了在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中維持一致的性能，可能優(yōu)選的是一種節(jié)叉，該節(jié)叉包括的支承表面保 持了一致低水平的摩擦。因此，這些結(jié)果表明這些NORGLIDE材料的任一種與DX或DU材料 相比時(shí)都可以為一個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)叉提供優(yōu)越的支承表面。每個(gè)支承表面的檢驗(yàn)也是啟發(fā)性的。 這種DU材料顯示了在100，000個(gè)周期之后向下達(dá)到青銅層的顯著磨損，并且PTFE層已被 完全去除。材料A和B(NORGLIDE)顯示了極低的磨損并且遍布該支承表面維持了一個(gè)完整 的PTFE層。這可以在200，000個(gè)周期上導(dǎo)致一致的支承件載荷以及一致低的摩擦系數(shù)的 優(yōu)越組合，這可以提供更長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命。盡管已經(jīng)在此說(shuō)明并展示了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容 易設(shè)想用于實(shí)施這些功能和/或得到這些結(jié)果和/或在此說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)的多 種其他手段和/或結(jié)構(gòu)，并且此類變體和/或變更的每個(gè)都應(yīng)視為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 更概括地說(shuō)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解，在此說(shuō)明的所有參數(shù)、尺寸、材料、以及構(gòu) 形都是意味著是示例性的，并且實(shí)際的參數(shù)、尺寸、材料、和/或構(gòu)形將取決于使用本發(fā)明 的傳授內(nèi)容的這個(gè)或這些特定應(yīng)用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將僅使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)就可以認(rèn)識(shí) 到、或能夠確定在此說(shuō)明的本發(fā)明的特定實(shí)施方案的許多等效物。因此，應(yīng)理解的是，以上 實(shí)施方案僅作為實(shí)例給出的，并且在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍之內(nèi)，本發(fā)明可以按 照除在此確切說(shuō)明的以及提出權(quán)利要求之外的其他方式進(jìn)行實(shí)施。本發(fā)明是針對(duì)在此說(shuō)明 的每一個(gè)單獨(dú)的特征、系統(tǒng)、物品、材料、套件、和/或方法。此外，假如此類特征、系統(tǒng)、物 品、材料、套件、和/或方法不是互相矛盾的，則兩個(gè)或更多個(gè)此類特征、系統(tǒng)、物品、材料、 套件、和/或方法的任意組合被包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。如在此限定和使用的所有定義應(yīng)當(dāng)被理解為高于所限定術(shù)語(yǔ)的詞典定義、通過(guò)引 用而結(jié)合的文獻(xiàn)中的定義、和/或一般含義。除非清楚指明相反的情況，否則本說(shuō)明書和權(quán)利要求中如在此使用的不定冠詞 “一個(gè)”和“一種”(a和an)應(yīng)當(dāng)理解為是指“至少一個(gè)(一種)”。
如在本說(shuō)明書和權(quán)利要求中所使用的短語(yǔ)“和/或”應(yīng)該理解為是指如此結(jié)合這 些要素的“二者之一或二者兼?zhèn)洹?，即在一些情況下結(jié)合出現(xiàn)而在其他情況下分離出現(xiàn)的多 個(gè)要素。除非清楚指明相反的情況，否則除了通過(guò)“和/或”字句確切指定的要素之外其他 要素可以任選地存在，無(wú)論與那些確切指定的要素是相關(guān)還是無(wú)關(guān)。在本申請(qǐng)中所引用或提及的所有參考文件、專利和專利申請(qǐng)以及公開物都通過(guò)引 用將它們的全文結(jié)合在此。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)向節(jié)叉，包括一個(gè)空心圓柱體，該空心圓柱體包括一個(gè)第一端以及一個(gè)第二端，該第一端限定了以 下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)a)用于容納一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸的一個(gè)弧形凹陷，其中該弧形凹陷包括一個(gè)接觸表面，該 接觸表面包含一個(gè)低摩擦的聚合物層；以及b)一個(gè)彈簧座，該彈簧座被構(gòu)造并安排為支撐并且?jiàn)A持一個(gè)用于向該節(jié)叉提供一個(gè)偏 置力的彈簧。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該節(jié)叉包括具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面的一 個(gè)圓柱形壁，該圓柱形壁的外表面包含一個(gè)低摩擦的聚合物層。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該金屬包括鋼或鋁。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中在該接觸表面上的該聚合物層包 含一種或多種選自一種芳香族聚酯和石墨中的填充劑。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該接觸表面包括一種青銅網(wǎng)篩。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該聚合物層包括一種氟聚合物或 縮醛樹脂。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該聚合物層具有大于50μ m的標(biāo)稱厚度。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該聚合物層具有大于或等于 100 μ m的標(biāo)稱厚度。
9.一種組件，包括一個(gè)殼體、一個(gè)彈簧以及權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，包括在該第一端或者第二端上的一個(gè)整體彈簧座 以及在相對(duì)一端上的一個(gè)弧形凹陷，該弧形凹陷在其外表面上包括一個(gè)聚合物層。
11.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉，其中該空心圓柱體的第一端包括該弧形凹陷用于 容納一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條，并且其中該弧形凹陷是一個(gè)槽，該槽被確定大小以支撐一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條 軸，該槽的被暴露的表面包括一個(gè)低摩擦的聚合物層，其中該槽表面包括一個(gè)中央部分以 及兩個(gè)側(cè)向邊緣部分，該槽被構(gòu)造并安排為在該中央部分和兩個(gè)側(cè)向邊緣部分處以每個(gè)面 積相等的力支撐一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸。
12.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該槽表面被紋理化為帶有多個(gè)峰和多個(gè) 凹谷，并且該峰高度平均為至少10 μ m。
13.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該槽表面被紋理化為帶有多個(gè)峰和多個(gè) 凹谷，其中該峰高度平均為至少50 μ m。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中這些峰和凹谷是圖案化的。
15.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中這些峰和凹谷是不規(guī)則分 布的。
16.如權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該低摩擦的聚合物層包括 一種氟聚合物或縮醛樹脂。
17.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該低摩擦的聚合物層包括一種或多種選 自一種芳香族聚酯和石墨中的填充劑。
18.如權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該表面是基本沒(méi)有鉛的。
19.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該本體在100，000個(gè)周期之后展現(xiàn)了與 一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸基本相同的摩擦系數(shù)。
20.如權(quán)利要求16或17中的任何一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體，其中該槽被構(gòu)造并安排為 實(shí)質(zhì)上遍布該整個(gè)槽表面而支撐并接觸一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸。
21.—種形成轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體的方法，該方法包括在一個(gè)模具上拉伸一個(gè)金屬/氟聚合物疊層板以生產(chǎn)一種具有一個(gè)頂表面和一個(gè)開 放的底部的基本空心的形式；并且在該頂表面上形成以下各項(xiàng)中至少一項(xiàng)a)一個(gè)凹的弧形槽，該弧形槽被成形為與一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸互補(bǔ)，以及b)一個(gè)彈簧座，該彈簧座被構(gòu)造并安排為支撐一個(gè)用于向該節(jié)叉本體提供一個(gè)偏置力 的彈簧。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，包括將一個(gè)彈簧座附接至該形式的開放的底部上以產(chǎn) 生一個(gè)與該弧形槽相對(duì)的彈簧平臺(tái)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，包括將一個(gè)含有一個(gè)凹的弧形槽的支承表面附接至該 形式的開放的底部上以產(chǎn)生一種具有一個(gè)與該彈簧座相對(duì)的轉(zhuǎn)向齒條軸支撐表面的轉(zhuǎn)向 節(jié)叉本體。
24.一種形成轉(zhuǎn)向節(jié)叉本體的方法，該方法包括將一個(gè)金屬片卷繞成一個(gè)圓柱體；將該片的鄰接邊緣彼此固定；并且將一個(gè)凹的弧形支承表面附接至該圓柱體的一端上，該支承表面被構(gòu)造并安排為容納 一個(gè)轉(zhuǎn)向齒條軸。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其中該金屬片包括一個(gè)低摩擦的聚合物膜。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該低摩擦的聚合物層包括一種氟聚合物和/或一 種縮醛樹脂。
27.如權(quán)利要求M所述的方法，其中該支承表面包括一個(gè)低摩擦層。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括使用或者機(jī)械結(jié)合或者一種粘合劑來(lái)將一 個(gè)低摩擦層固定至該支承件上。
29.如權(quán)利要求M所述的方法，其中該金屬片包括一個(gè)或多個(gè)整體部分，這些整體部 分形成了一個(gè)整體的彈簧凹座。
全文摘要
在此說(shuō)明了用于齒條與小齒輪齒轉(zhuǎn)向組件中的一種節(jié)叉。這種節(jié)叉可以包括一個(gè)提供了低的摩擦系數(shù)的支承表面，從而允許對(duì)抗該齒條軸的一個(gè)更大的偏置力。該節(jié)叉的材料和設(shè)計(jì)可以提供一種具有減小了振動(dòng)的更安靜的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B62D5/22GK102056786SQ200980121649
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者J·利夸爾, N·威庭, T·J·哈根 申請(qǐng)人:美國(guó)圣戈班性能塑料公司