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具有摩擦涂層部件的球形接頭組件和用于組裝具有限定間隙的球形接頭組件的方法與流程

文檔序號:12483803閱讀:397來源:國知局
具有摩擦涂層部件的球形接頭組件和用于組裝具有限定間隙的球形接頭組件的方法與流程

本發(fā)明涉及一種球形接頭組件,尤其涉及具有一個或多個摩擦涂層部件的球形接頭組件和用于組裝在球接形頭組件中具有限定間隙的球形接頭組件的方法。



背景技術:

球形接頭已廣泛應用于各種機械系統(tǒng),比如車架系統(tǒng),飛機起落架系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)機械。球形接頭的基本功能是將兩個機械零件連接在一起同時允許相對轉(zhuǎn)動或搖動。由于機械干涉,摩擦力矩普遍存在于所有球形接頭中。因為球形接頭中的摩擦力矩往往對機械系統(tǒng)的動態(tài)特性具有負面影響,通常希望降低或減小這種摩擦力矩。然而,在某些組件中,球形接頭中的摩擦力矩有助于抑制球形接頭部件之間的相對運動或增加相對運動的阻力。在這種情況下,希望穩(wěn)定、可預測并且可控的摩擦力矩。

傳統(tǒng)的球形接頭通常包括球頭螺栓,其位于由殼體限定的空腔中。滾珠座圈設置在空腔內(nèi)位于殼體的第一端部處并被配置為與球頭螺栓的球部分協(xié)作。潤滑脂或其他液體潤滑劑施加到球頭螺栓的球部分與滾珠座圈之間,以減小球頭螺栓和滾珠座圈之間的摩擦力矩并提高球形接頭的耐久性。在某些傳統(tǒng)球形接頭中,殼體的第二端部封閉以防止?jié)櫥蚱渌麧櫥瑒┎缓弦蟮貜臍んw中泄漏。

在這些傳統(tǒng)的球形接頭中,球形接頭的摩擦力矩特性隨著潤滑脂的屬性改變而變化,該屬性極大程度受到溫度和/或壓力或作用在部件上的力的影響。在許多傳統(tǒng)的球形接頭中,當球頭螺栓和/或滾珠座圈的材料、尺寸和/或表面粗糙度確定時,球頭螺栓和滾珠座圈之間的摩擦系數(shù)可取決于一個或多個因素,舉例來說,比如潤滑脂粘度,球頭螺栓和滾珠座圈之間的正常負載,和球頭螺栓和滾珠座圈之間的相對速度。

由于這些因素,在建立和/或控制許多傳統(tǒng)球形接頭的摩擦力矩方面有一些不可避免的缺點。一個缺點是,該球形接頭的摩擦力矩會隨著溫度大幅變化。通常,當溫度下降時,潤滑脂粘度上升并且因此摩擦力矩增加。第二個缺點是,當球頭螺栓在作用于球頭螺栓和滾珠座圈之間的正常負載下相對于滾珠座圈連續(xù)轉(zhuǎn)動或搖動時,隨時間推移,脂膜厚度下降并且球形接頭的摩擦力矩增大。第三個缺點是,在形成足夠的脂膜之前,在球頭螺栓相對于滾珠座圈開始運動之前,由于球頭螺栓和滾珠座圈之間增加的摩擦系數(shù),擺脫摩擦力矩(breakaway friction torque)相對高。當高的正常負載在相當長的一段時間內(nèi)作用于球頭螺栓和滾珠座圈之間時,這些缺點會在球頭螺栓和/或滾珠座圈上產(chǎn)生不穩(wěn)定的摩擦力矩、不可預測或不可控的摩擦力矩、和/或嚴重磨損。

因此需要具有表面涂層的球形接頭,該涂層使球形接頭在變化溫度下以及在高正常負載下球頭螺栓和滾珠座圈之間的連續(xù)相對運動的情況下具有穩(wěn)定的摩擦力矩。此外,需要對滾珠座圈和球頭螺栓之間的給定正常負載來說可預測的球形接頭摩擦力矩,該摩擦力矩可通過改變施加于滾珠座圈和球頭螺栓之間的正常負載進行控制。



技術實現(xiàn)要素:

根據(jù)一個實施例,球形接頭組件包括至少部分限定空腔的殼體。球頭螺栓包括位于空腔內(nèi)的頭部和從球部延伸的軸。具有內(nèi)表面的滾珠座圈位于空腔內(nèi)以限定滾珠座圈內(nèi)表面和頭部外表面之間的交界面。固體摩擦涂層位于該交界面內(nèi)。固體摩擦涂層位于滾珠座圈的內(nèi)表面和/或頭部的外表面上。

根據(jù)一個實施例,球形接頭組件包括至少部分限定空腔的殼體。球頭螺栓包括位于空腔內(nèi)的頭部和從頭部延伸的軸。滾珠座圈位于該空腔內(nèi)并設置成圍繞球頭螺栓的頭部的至少一部分。固體摩擦涂層施加到滾珠座圈的內(nèi)表面和/或球頭螺栓頭部的外表面上?;钊挥诳涨恢??;钊慌渲脼槊芊馕挥跉んw第一端部的開口。至少一個間隙限定在以下一個或多個之間:滾珠座圈的上部和活塞的內(nèi)表面和滾珠座圈的下部和殼體的內(nèi)表面。

根據(jù)一個實施例,提供了一種組裝球形接頭的方法。該方法包括將殼體配置為至少部分限定空腔。球頭螺栓的頭部位于空腔中。滾珠座圈圍繞球頭螺栓頭部的至少一部分定位。活塞位于空腔中。活塞被配置為密封位于殼體第一端部的開口。至少一個間隙限定在以下一個或多個之間:滾珠座圈的上部和活塞的內(nèi)表面和滾珠座圈的下部和殼體的內(nèi)表面。

根據(jù)一個實施例,球形接頭組件包括至少部分限定空腔的殼體。球頭螺栓包括位于空腔內(nèi)的頭部和從球部延伸的軸。滾珠座圈位于該空腔中。滾珠座圈圍繞球頭螺栓的頭部的至少一部分定位。固體摩擦涂層施加到滾珠座圈的內(nèi)表面和球頭螺栓頭部的外表面中的至少一個上?;钊挥诳涨恢胁⒈慌渲脼槊芊馕挥跉んw第一端部的開口。殼體的中心軸線限定在殼體的第一端部和殼體的相對第二端部之間。該中心軸線延伸通過球形接頭的中心線并平行于活塞的外表面?;钊麅?nèi)表面和中心軸線之間的第一角A1介于8度到15度之間;殼體內(nèi)表面和中心軸線之間的第二角A2介于8度到15度之間;滾珠座圈上部和中心軸線之間的第三角B1介于8度到15度之間;滾珠座圈的下部和中心軸線之間的第四角B2介于8度到15度之間。第一間隙限定B1和A1之間的角度差,第二間隙限定B2和A2之間的角度差。

附圖說明

本發(fā)明采用了某些零件的物理形式和零件的布置,其實施例將在說明書中進行詳細描述,并圖示于形成說明書的一部分的附圖中,其中:

圖1是表示為現(xiàn)有技術的傳統(tǒng)球形接頭的局部剖視圖;

圖2是根據(jù)一個實施例的具有施加到球頭螺栓頭部的固體摩擦涂層的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖3是根據(jù)一個實施例的具有施加到滾珠座圈內(nèi)表面的固體摩擦涂層的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖4是根據(jù)具有施加到球頭螺栓頭部和滾珠座圈內(nèi)表面的固體摩擦涂層的一個實施例的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖5是根據(jù)一個實施例的示例性球形接頭組件的局部剖視圖,其中滾珠座圈由形成固體摩擦涂層的基體材料形成;

圖6是根據(jù)一個實施例的具有上滾珠座圈和下滾珠座圈的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖7是根據(jù)一個實施例的具有可動活塞并且示出施加到活塞上的力的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖8是根據(jù)一個實施例的具有可動活塞并且示出施加到活塞上的力的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖9是根據(jù)一個實施例的具有延伸到球形接頭殼體外邊緣之外的滾珠座圈的示例性球形接頭組件的局部剖視圖;

圖10是圖7中所示示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,圖示出了角A1;

圖11是根據(jù)一個實施例的的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角A2;

圖12是圖7中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角B1和角B2;

圖13是圖8中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角B1和角B2;

圖14是圖9中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角B1和A1之間的差值;

圖15是根據(jù)一個實施例的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,其中角B1和A1基本相同;

圖16是圖9中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角A1和B1之間的差值;

圖17是圖9中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角B2和A2之間的差值;

圖18是根據(jù)一個實施例的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,其中角A2和B2基本相同;和

圖19是圖9中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出了角A2和B2之間的差值。

具體實施方式

在詳細論述本發(fā)明的任一實施例之前,應當理解本發(fā)明未將其應用局限于接下來的說明書中闡述的或在附圖中示出的構造細節(jié)和部件布置。本發(fā)明可以是其他實施例,并且可以以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。同時,應當理解,在此所用的措辭和術語是出于說明的目的而不應當認作是進行限制。在此“包含”、“包括”或“具有”及其變型的用意是包括隨后列出的項目及其等同物以及附加項目。除非另有規(guī)定或限定,術語“安裝”、“連接”、“支撐”和“聯(lián)接”及其變型被廣泛使用,并包括直接或間接安裝、連接、支撐和聯(lián)接。此外,“連接”和“聯(lián)接”并不限于物理或機械連接或聯(lián)接。

現(xiàn)在參照附圖,其僅僅出于圖示而非限制本發(fā)明實施例的目的,其中相同的附圖標記被理解為指代相同的部件,圖1圖示出傳統(tǒng)的球形接頭20。傳統(tǒng)的球形接頭20包括球頭螺栓22,球頭螺栓22位于由殼體26限定的空腔24中。滾珠座圈28設置在空腔24中位于殼體26的第一端部30處。滾珠座圈28被配置為與球頭螺栓22的頭部32協(xié)作。流體潤滑劑,例如油或潤滑脂34被施加到球頭螺栓22與滾珠座圈28之間。傳統(tǒng)球形接頭20中的潤滑脂34用來減少摩擦力矩并提高球形接頭20的耐久性。然而,當相對高的正常負載,如5000N在相當長的一段時間內(nèi)作用于球頭螺栓22和滾珠座圈28之間時,在傳統(tǒng)球形接頭20中使用潤滑脂34會在球頭螺栓22和/或滾珠座圈28上促成或產(chǎn)生不穩(wěn)定的摩擦力矩、不可預測或不可控的摩擦力矩,和/或嚴重磨損。如圖1所示,插塞36聯(lián)接到殼體26的第一端部30,并且防塵罩38通過防塵罩夾42聯(lián)接到殼體26的相對第二端部40以包圍空腔24,并防止或限制潤滑脂34不合要求地從殼體26中泄漏。

現(xiàn)在參照圖2-19,尤其參照圖2-4,球形接頭組件100的示例性實施例包括涂覆到球形接頭組件100的一個或多個部件的一個或多個表面上的固體摩擦涂層102。在某些實施例中,固體摩擦涂層102包括二氧化硅和聚四氟乙烯的適當混合物。然而,在替代實施例中,固體摩擦涂層102可由任何合適的材料或組分或本領域內(nèi)對于這種應用已知的材料或組分的組合。在此使用的術語“固體”是指在固體摩擦涂層施加到球形接頭組件的一個或多個部件上并處理為最終形式之后固體摩擦涂層102的狀態(tài)。然而,應被理解為,在固體摩擦涂層102有機會固化到球形接頭組件的部件上之前,固體摩擦涂層可以是液體或流體形式,以使摩擦涂層施加到一個或多個部件上。比如,在一個實施例中,固體摩擦涂層在施加到部件之前以液體混合物作為開始。一旦該混合物被施加到部件上,該部件在適當溫度下被烘烤直到固體摩擦涂層102以固體形式形成并附著在部件上。固體摩擦涂層102的一個實施例包括能夠從德國公司Klüber購買到的、產(chǎn)品名稱M01959/2011的二氧化硅和聚四氟乙烯的混合物。

球形接頭組件100包括部分限定空腔106的殼體104。滾珠座圈108位于空腔106中。滾珠座圈108被配置為接收至少部分位于空腔中的球頭螺栓110。在具體實施例中,滾珠座圈108被配置為接收球頭螺栓110的頭部112。在所示實施例中,頭部112具有球形,然而在替代實施例中,頭部112可具有任一合適的形狀,其提供允許球頭螺栓110與滾珠座圈108像預期一樣協(xié)作的合適的外表面。如圖2-4所示,滾珠座圈108具有內(nèi)表面109,內(nèi)表面109具有至少部分匹配或依照(follow)頭部112的外表面111的對應輪廓或外形的輪廓或外形,以利于滾珠座圈108和頭部112之間的協(xié)作。滾珠座圈108位于空腔106中,以在滾珠座圈108的內(nèi)表面109和頭部112的外表面111之間限定交界面113。

球形接頭組件100具有聯(lián)接到殼體104的第一端部115或其附近的插塞114,以至少部分地密封殼體104以保護位于空腔106內(nèi)的球形接頭部件免受苛刻環(huán)境影響和/或限制污染物進入空腔106。在一個實施例中,防塵罩116聯(lián)接到殼體104的與第一端部115相對的第二端部117或其附近。防塵罩116被配置為至少部分地密封殼體104,并且進一步保護位于空腔106內(nèi)的球形接頭部件免受苛刻環(huán)境影響和/或限制污染物進入空腔106。如圖2-4中所示,防塵罩116限定開口,球頭螺栓110的軸118延伸穿過所述開口。在一些實施例中,使用適當?shù)穆?lián)接機構或緊固件,如防塵罩夾120,將防塵罩116聯(lián)接到殼體104的第二端部117。中心線119被限定成通過平行于殼體104的外壁的球形接頭組件100的長度。

在圖2所示的球形接頭組件100的實施例中,固體摩擦涂層102直接施加到球頭螺栓110的頭部112上。在如圖3所示的球形接頭組件100的實施例中,固體摩擦涂層102直接施加到滾珠座圈108的內(nèi)表面109上。在圖4所示的球形接頭組件100的實施例中,固體摩擦涂層102直接施加到至少球頭螺栓110的頭部112的外表面111上和滾珠座圈108的內(nèi)表面109上。在圖5所示的替代實施例中,滾珠座圈108由包括固體摩擦涂層102的基體材料形成。更具體而言,在該實施例中,固體摩擦涂層102包括形成滾珠座圈108和滾珠座圈108的內(nèi)表面109的合適聚合物材料。

現(xiàn)在參照圖6,在替代實施例中,滾珠座圈108包括圍繞頭部112的第一部分112a設置的第一或上滾珠座圈部分108a和圍繞頭部112的第二部分112b設置的第二或下滾珠座圈部分108b。在該實施例中,例如,固體摩擦涂層102施加到至少球頭螺栓110的頭部112、上滾珠座圈部分108a的至少一部分,比如上滾珠座圈部分108a的內(nèi)表面109a,下滾珠座圈部分108b的至少一部分,比如下滾珠座圈部分108b的內(nèi)表面109b,或者頭部112、上滾珠座圈部分108a的內(nèi)表面109a和下滾珠座圈部分108b的內(nèi)表面109b的任一合適組合。

現(xiàn)在參照圖7和8,在替代實施例中,球形接頭組件100包括活塞130,其在殼體104的第一端部131處可運動地設置在空腔106中。在圖7所示的實施例中,活塞130被配置為與滾珠座圈108的至少一部分相接合。在圖8所示的實施例中,活塞130被配置為僅與上滾珠座圈部分108a相接合。如圖7和8所示,合適的墊圈,比如活塞環(huán)132或O型圈(未示出),圍繞活塞130的外表面134設置,并被配置為至少部分地密封殼體104以保護位于空腔106內(nèi)的球形接頭部件免受苛刻環(huán)境影響和/或限制污染物進入空腔106。在一個實施例中,活塞環(huán)132具有如圖7和8所示的矩形橫截面。進一步地,活塞環(huán)132還有利于防止或限制活塞130在空腔106中的傾斜。然而,活塞環(huán)132是可選項,并且在替代實施例中,活塞環(huán)132被移除,并且固體摩擦涂層102施加到活塞130的外表面134上,殼體104的內(nèi)表面136上、或者活塞130的外表面134以及殼體104的內(nèi)表面136二者上。在特定實施例中,固體摩擦涂層102施加到活塞130的外表面134和殼體104的內(nèi)表面136之間的整個交界面上。

在圖7所示的球形接頭組件100的特定實施例中,一個或多個防轉(zhuǎn)動鍵(未示出)位于活塞130和滾珠座圈108之間,和/或殼體104的接合面142和滾珠座圈108之間。類似地,在圖8所示的球形接頭組件100的一個實施例中,一個或多個防轉(zhuǎn)動鍵(未示出)位于活塞130和上滾珠座圈部分108a之間,和/或殼體104的接合面142和下滾珠座圈部分108b之間。這些防轉(zhuǎn)動鍵防止或限制活塞130、滾珠座圈108和/或殼體104之間不希望的相對轉(zhuǎn)動。

參照圖7和8,在一個實施例中,球形接頭組件100包括集成在球形接頭組件100中,比如位于殼體104中的一個或多個傳感器(未示出)。這些傳感器可以包括本領域普通技術人員所知的任意合適類型的傳感器。在示例性實施例中,這些傳感器包括溫度傳感器、力傳感器、和/或位移傳感器中的一個或多個。在特定實施例中,力致動器(未示出)連接到球形接頭組件100以在活塞130上提供可控制的推力。

繼續(xù)參照圖7和8,圖7所示的活塞130和滾珠座圈108或圖8所示的活塞130和上滾珠座圈部分108a具有錐形接合面。該錐形接合面有利于以足夠的精度控制球形接頭組件100的摩擦力矩,以獲得搖動摩擦力矩與轉(zhuǎn)動摩擦力矩的合適的或希望的比值,如接下來參照圖9-19所述的。

圖9是球形接頭組件的替代實施例,其中滾珠座圈108大體延伸到殼體104的外邊緣121或以外。在該實施例中,滾珠座圈108用作球頭螺栓110的頸部122和殼體104之間的緩沖墊,以避免球頭螺栓110朝向殼體104的外邊緣121轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生過度噪聲。

圖10是如圖9中所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖面圖,示出活塞130的接合面140相對于殼體104的第一或中心軸線150的角A1,該軸線限定在殼體104的第一端部115和殼體104的相對第二端部117之間。中心軸線150延伸通過如圖2-9所示的球形接頭組件100的中心線119并且平行于圖10所示的活塞130的外表面152。

在活塞130的內(nèi)表面140和殼體104的中心軸線150之間以及在滾珠座圈108的外表面和殼體的中心軸線之間具有角度差。A1是這種角度差的示例。當較低的預加載力施加到球形接頭100時,這些角度差產(chǎn)生會減小滾珠座圈108在球頭螺栓110頭部112上的壓力的間隙。球頭螺栓110上的較低壓力允許轉(zhuǎn)動摩擦力矩的較低操作值。

圖11是根據(jù)一個實施例的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出殼體104的接合面142相對于中心軸線150的角A2。圖12是例如如圖9所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出滾珠座圈108的第一接合面144相對于中心軸線150的角B1和滾珠座圈108的第二接合面146相對于中心軸線150的角B2。圖13是例如圖8所示的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出上滾珠座圈部分108a的第一接合面148相對于中心軸線150的角B1和下滾珠座圈部分108b的第二接合面149相對于中心軸線150的角B2。

為了組裝示例性球形接頭100,例如圖8和9所示的球形接頭100,殼體104被配置為至少部分地限定空腔106。在空腔106中是球頭螺栓110的頭部112。然后滾珠座圈108設置成圍繞球頭螺栓110的頭部112的至少一部分。接下來,活塞130被設置在空腔106中,其中活塞130被配置為密封位于殼體104第一端部115處的開口?;钊?30和滾珠座圈108設置在空腔106中以在以下一個或多個之間限定至少一個間隙:活塞130、滾珠座圈108、和殼體104。

比如,第一角A1限定在活塞130的內(nèi)表面140和中心軸線150之間,中心軸線150限定在殼體104的第一端部115和殼體104的相對第二端部117之間。在一個實施例中,第一角A1介于8度到15度之間。第二角A2限定在殼體的內(nèi)表面和中心軸線之間,介于8度到15度之間。第三角B1限定在滾珠座圈的上部和中心軸線之間,介于8度到15度之間。第四角B2限定在滾珠座圈的下部和中心軸線之間,介于8度到15度之間。

圖10-13圖示出角A1、A2、B1和B2的近景圖。中心軸線150延伸通過球形接頭組件100的中心線119并平行于如圖10所示的活塞130的外壁152,或如圖11所示的殼體104的內(nèi)表面136。為了獲得可變推力F下球形接頭組件的介于1Nm和7Nm之間的大范圍的轉(zhuǎn)動摩擦力矩,活塞130的楔角、殼體104的楔角、和滾珠座圈的楔角A1、A2、B1和B2設計在一角度范圍內(nèi)。在一個實施例中,角A1、角A2、角B1和角B2中的每一個都介于5度到20度之間,或者更具體而言,介于8度到15度之間,或者再具體而言,介于10度到13度之間。再次參照圖7和8,可控且可變的推力F可作用于活塞130,使得球頭螺栓110和滾珠座圈108之間,或球頭螺栓110和上滾珠座圈部分108a以及下滾珠座圈部分108b之間的正常負載是可變且可控的。因此,球形接頭組件100的摩擦力矩是可變且可控的。

圖14-19圖示出角A1、角A2、角B1與角B2之間選定差值的近景圖。圖14圖示出角B1比角A1稍大的實施例。圖15圖示出角B1與角A1大體相等的實施例。圖16圖示出角B1比角A1稍小的實施例。圖17圖示出角B2比角A2稍大的實施例。圖18圖示出角B2與角A2大體相等的實施例。圖19圖示出角B2比角A2稍小的實施例。當球形接頭組件100處于相對較大的球形接頭預加載狀態(tài)時,由于滾珠座圈108的材料的彈性,角B1具有接近A1的趨勢,角B2具有接近A2的趨勢。在一些實施例中,至少一個間隙限定在以下部位中的一個或多個之間:滾珠座圈108的上部和活塞130的內(nèi)表面和滾珠座圈108的下部和殼體104的內(nèi)表面。比如,第一間隙可限定在滾珠座圈108的上部和活塞130的內(nèi)表面之間,可選地或另外地,第二間隙可限定在滾珠座圈108的下部和殼體104的內(nèi)表面之間。在特定實施例中,第一間隙限定在第一滾珠座圈部分108a和活塞130的內(nèi)表面之間,可選或另外地,第二間隙限定在第二滾珠座圈部分108b和殼體104的內(nèi)表面之間。

在一個實施例中,在滾珠座圈的上部分和活塞的內(nèi)表面之間限定第一間隙的角A1和角B1的差值,以及在滾珠座圈的下部分和殼體的內(nèi)表面之間限定第二間隙的角A2和B2的差值均小于10度,或者更具體地,小于5度,或者再具體地,小于2度。在另一個實施例中,角A1和B1之間以及角A2和B2之間的差值基本為0。換句話說,在該實施例中,角A1和B1以及角A2和B2分別基本相似。圖14和16示出與圖9中所示的球形接頭組件類似的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出角B1和A1之間的差值。雖然圖14和16圖示出使用單個滾珠座圈108的一個實施例,但這些圖示等同應用到具有上滾珠座圈108a和下滾珠座圈108b的球形接頭組件100的替代實施例。圖15為與圖7中所示的球形接頭組件類似的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出角B1基本等于A1的一個實施例。

圖17和19示出與圖9中所示的球形接頭組件類似的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出角B2和A2之間的差值。雖然圖17和19圖示出使用單個滾珠座圈108的一個實施例,但這些圖示等同應用到具有上滾珠座圈108a和下滾珠座圈108b的球形接頭組件100的替代實施例。圖18為與圖9中所示的球形接頭組件類似的示例性球形接頭組件的一部分的剖視圖,示出角B2和A2之間具有微小甚至沒有差值的一個實施例。

如圖15和18所示,當滾珠座圈處于零預加載狀態(tài)時,角B1等于A1或與其稍有差異,角B2等于A2或與其稍有差異。在一個實施例中,角B1和角A1之間的差值以及角B2和角A2之間的差值介于-2度到2度之間。特定角A1、B1、A2和B2之間的差值形成間隙,該間隙通過釋放球頭螺栓110上的壓力提供大范圍的力矩。沒有間隙的情況下,即使在施加低預加載力時,滾珠座圈也會將壓力施加到球頭螺栓上,這會阻止系統(tǒng)使用希望的低力矩值。比如,當施加大預加載力時,角A1、B1、A2和B2之間的間隙基本消失,摩擦涂層和滾珠座圈材質(zhì)本身的彈性允許滾珠座圈108和球頭螺栓110的頭部112之間大體匹配的交界面。當施加低預加載力時,該間隙會降低球頭螺栓110的頭部112上滾珠座圈108的壓力,因此與沒有間隙并被配置為在施加高預加載力時以希望程度匹配球頭螺栓110形狀的滾珠座圈108相比,降低力矩。球頭螺栓110上的較低壓力允許現(xiàn)在可在0-1Nm范圍內(nèi)操作的轉(zhuǎn)動摩擦力矩的較低操作值。

與傳統(tǒng)球形接頭、比如以上公開的傳統(tǒng)球形接頭20相比,根據(jù)不同實施例的球形接頭組件100具有更大的穩(wěn)定性和更易于預測的摩擦力矩特性。比如,溫度可大大影響容納在傳統(tǒng)球形接頭中的潤滑脂或潤滑劑的粘性,但是對固體摩擦涂層102的狀態(tài)或?qū)傩詭缀鯖]有影響。進一步地,在傳統(tǒng)球形接頭20中,在球頭螺栓22和滾珠座圈28之間具有相對高的正常負載,球形接頭20在多個周期中的持續(xù)或往復運動(轉(zhuǎn)動和/或搖動)會將至少一部分潤滑脂34從球頭螺栓22和滾珠座圈28之間的空間擠出。潤滑脂34的損失使?jié)櫥瑢幼兊迷絹碓奖?,并且相應地依次使摩擦力矩變得越來越大。然而,對球形接頭100卻不是這種情況。在本文中,相對高的正常負載和/或持續(xù)或往復運動不會顯著影響固體摩擦涂層102的厚度,因此球頭螺栓110和滾珠座圈108之間的摩擦系數(shù)以及球形接頭組件100的合成摩擦力矩比傳統(tǒng)球形接頭20更穩(wěn)定。

根據(jù)不同實施例,球形接頭組件100的摩擦力矩比傳統(tǒng)球形接頭更穩(wěn)定并且更易于預測,因為固體摩擦涂層102以特定厚度施加,并且具有特定的硬度和摩擦系數(shù)。該固體摩擦涂層102能夠經(jīng)受相對高的正常負載和/或持續(xù)或往復運動,而不會使其厚度明顯減小。因此,與傳統(tǒng)球形接頭比如球形接頭20相比,球頭螺栓110和滾珠座圈108之間的摩擦系數(shù)和球形接頭組件100的合成摩擦力矩保持更加穩(wěn)定,并因此隨著時間更加易于預測。

為獲得大范圍的摩擦力矩,球頭螺栓110的外表面111和滾珠座圈108的內(nèi)表面109之間的摩擦系數(shù)高于傳統(tǒng)球形接頭20的。進一步地,為防止球頭螺栓100和滾珠座圈108之間的過度磨損,摩擦系數(shù)也不能過高。因此,在一個實施例中,球頭螺栓110的外表面111和滾珠座圈108的內(nèi)表面109之間的摩擦系數(shù)介于0.08到0.2之間。

在一個實施例中,固體摩擦涂層102由二氧化硅和聚四氟乙烯的混合物制成。如上所述,固體摩擦涂層102可施加或位于球形接頭組件100的一個或多個部件之間。在此描述了一種將固體摩擦涂層施加到球形接頭組件100的一個或多個部件上的方法。在一個實施例中,在將固體摩擦涂層102施加到希望部件表面之前,所有潤滑脂都從希望部件表面上去除以提供干凈的表面,固體摩擦涂層102能夠附著在該表面上并便于保持摩擦力矩的可預測性。

在將潤滑脂或潤滑劑從希望部件表面去除后,固體摩擦涂層102被施加然后允許烘烤適當時間,比如在某些實施例中為30分鐘到60分鐘。烘烤過程通常是在200℃到300℃的溫度下進行,并且在某些實施例中,在230℃到280℃的溫度下進行。進一步地,在某些實施例中,固體摩擦涂層102的厚度介于10微米到40微米之間,或更具體而言,固體摩擦涂層102具有15微米到30微米的厚度。進一步地,在某些實施例中,固體摩擦涂層102具有170N/mm2到230N/mm2的硬度。在一個實施例中,當固體摩擦涂層102施加到至少球頭螺栓110的頭部112上時,固體摩擦涂層102大體覆蓋頭部112并可延伸到球頭螺栓110的頸部122和/或軸118的至少一部分上。

在一個實施例中,未涂覆有固體摩擦涂層102但被配置為接觸滾珠座圈108的所有表面都被拋光、磨光,或者精修或者涂覆有低摩擦涂層以避免或最小化滾珠座圈108的摩擦磨損。在某些實施例中,低摩擦涂層包括諸如聚四氟乙烯(PTFE)的材料。比如在一個實施例中,殼體104的內(nèi)表面142與滾珠座圈108的第二接合面146接觸,殼體104的內(nèi)表面142被磨光、拋光或者精修或者涂覆有低摩擦涂層以避免或最小化滾珠座圈108的磨損。類似地,在另一個實施例中,活塞130的內(nèi)表面140與滾珠座圈108的第一接合面144接觸,活塞130的內(nèi)表面140被磨光、拋光或者精修或者涂覆有低摩擦涂層以避免或最小化滾珠座圈108的磨損。這還有助于獲得穩(wěn)定的摩擦力矩,同時還避免殼體104和滾珠座圈108之間交界面上的過度滑動摩擦。為了進一步獲得可預測的摩擦力矩,在一些實施例中,滾珠座圈108(即面109)和頭部112(即面111)的至少一些部分用脫脂劑進行處理以從滾珠座圈108和頭部112的相應表面去除污染物。

在替代實施例中,殼體104的內(nèi)表面136與活塞環(huán)132的外表面接觸,殼體104的內(nèi)表面136被磨光、拋光或者精修或者涂覆有低摩擦涂層以避免或最小化活塞環(huán)132的磨損。雖然將低摩擦涂層添加到殼體104或活塞130的特定表面有助于避免或最小化與這些表面接觸的相對表面的磨損,還應當注意到,低摩擦涂層并不需要施加到殼體104或活塞130的任一表面。

在在此公開的一個或多個實施例中,固體摩擦涂層在轉(zhuǎn)動方向和/或軸向方向上提供在較寬的溫度范圍下穩(wěn)定的摩擦力矩。該固體摩擦涂層有利于提供:(a)在球頭螺栓和滾珠座圈之間有持續(xù)的相對運動和/或在這些部件之間施加有相對高的正常負載時在轉(zhuǎn)動方向和/或軸向方向上穩(wěn)定的摩擦力矩;(b)對于施加到滾珠座圈和球頭螺栓之間的給定正常負載來說在轉(zhuǎn)動方向和/或軸向方向上可預測的摩擦力矩;和/或(c)通過改變施加在滾珠座圈和球頭螺栓之間的正常負載能夠進行控制的轉(zhuǎn)動方向或軸向方向上的摩擦力矩。

實施例和例子的前述描述已經(jīng)出于解釋和描述的目的給出。這不意味著窮舉或局限于所描述的形式。在上述教導的啟示下,可以有多種變型。那些變型的一部分已經(jīng)加以討論,而其他的是本領域技術人員可以理解的。這些實施例是出于不同實施例的圖示而選擇和描述的。當然,范圍不局限于本文闡述的例子或?qū)嵤├?,而是本領域普通技術人員可以在任意數(shù)量的應用和等同裝置中采用的。因此,范圍由所附的權利要求書進行限定。此外,不同實施例的特征可以組合以形成本發(fā)明的其他實施例。

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