[发明专利]用于汽车悬架的具有球形接头的控制臂组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于汽车悬架系统的具有控制臂和球形接头的控制臂组件。

背景技术

球形接头的使用允许悬架和转向部件相对于彼此枢转运动，同时保留传递轴向力和剪切力的能力以适应车轮运动、转向运动并保持车轮定位。

例如，麦花臣式柱悬架使用容纳有减震器和弹簧的大体垂直的柱来将轮毂承载件或转向节连接到车身。该柱可围绕垂直轴旋转以为车轮提供转向，且需要下控制臂将柱的下端保持在适当的位置以抵抗横向移动。控制臂的内侧端铰接到汽车底盘，且外侧端利用球形接头连接到轮毂承载件。球形接头轴承的过度磨损导致不准确的转向、悬挂以及车轮定位，其通过更换球形接头来矫正。

潜心于汽车售后零件设计的制造者通常在提供更换的零件时，力图对原始设备制造商的设计(OEM)进行改进。购买者，诸如汽车修理店，可简单地利用与制造成原始设备制造商(OEM)的规格相同的新零件来更换磨损的零件。然而，下面的改进是值得期待的：避免仅仅重复OEM零件所经历的相同的过早磨损，以及通过向购买者提供性能改进动机以反而从售后制造商购买来提高售后制造商市场份额。

任何改进的更换零件必须接近OEM的原始质量，这是因为质量的显著改变可不利地影响悬架的操作。改进的更换零件还必须受限于OEM车辆所提供的空间，以便避免修改相邻部件的需要和防止干涉。

在具有由诸如铝的轻量非铁材料锻造或铸造的控制臂的车辆的悬架和转向系统中，示出了加速的磨损和恶化的示例，在该控制臂的外侧端包括安装在具有聚合物轴承的承窝中的球形接头。OEM设计的各种因素导致加速磨损、过早失效和维修费用。

严重的空间限制在某些车辆的悬架和转向设计中是存在的，其中，控制臂的球形接头和外侧端较靠近于邻近的刹车盘设置。受限的可用空间降低了通过采用简单地围绕控制臂的外侧端增加材料的显而易见途径改进设计的能力。空间极度受限的程度使得OEM在某些情形中选择剪切掉刹车盘遮挡的相邻部分以便允许更多的空间用于球形接头和控制臂。

球形接头暴露于由紧邻的刹车盘所引起的高温。通常，制动盘挡板围绕刹车盘设置，以降低传递到相邻车辆零件的热量以及防止将活动件暴露于在刹车片抵靠刹车盘的磨损期间所产生的制动粉尘粒子。聚合物轴承在高热条件下恶化。研磨的制动粉尘透入球形接头并容纳在活动件之间的润滑剂中，这引起聚合物轴承的增加的磨损。在某些设计中的一部分制动挡板的移除，为球形接头和外侧端提供了更多的空间，但是也增加球形接头暴露于热和灰尘，因而加速磨损。

用于球形接头的聚合物轴承的选择连同暴露于来自于制动的热量及灰尘的增加导致了过早失效。制动粉尘、道路用盐和沙粒可透入球形接头的密封件并与润滑油相混合。聚合物轴承所经受的磨损被加速并在球形接头上引起过度的轴向及径向游隙。

控制臂组件采用锻造或铸造的非铁的或铝的控制臂，其具有机加工在外侧端以容纳球形接头的聚合物轴承和球头销的承窝。OEM控制臂组件重量轻、成本低，且制造简单。然而，加速磨损由OEM所作出的设计选择导致。重量轻和成本低的OEM设计限制了对于延长控制臂组件的循环寿命的售后改进的采用，这是因为，改进通常增加材料或增加重量，或者两者。

例如，售后零件行业已通过利用由具有优于聚合物轴承的优点的金属粉末制成的烧结金属轴承，来改进球形接头寿命和耐久性。烧结的金属轴承是多孔的，且润滑剂透入轴承表面，改进邻近的活动件的表面的润滑作用。烧结的金属在低温比聚合物更持久，且比聚合物更能经受高温环境。烧结的金属具有比聚合物更好的磨损特性，且烧结的金属不会由于与类似于聚合物的油脂配方在化学上不兼容而恶化。

将OEM控制臂组件的聚合物轴承更换成烧结轴承，在由更换零件制造商进行时较简单。轴承的更换对于技工来说是不切实际和不经济的，除非是更换由预装配的控制臂和球形接头组成整个加工球形接头或控制臂组件。利用OEM控制臂组件的OEM几何形状和功能尺寸，烧结的金属轴承与球头销一起定位在更换控制臂的承窝中。然而，在使用非铁的或铝的控制臂时，压配合的烧结的硬化金属轴承的使用会迅速地在操作期间在承窝的相邻的较软的控制臂材料处磨损。烧结的金属轴承的压配合还在控制臂承窝的相邻铝材料上施加附加的径向应力和周向拉应力，这是低强度的聚合物轴承不会经受的。

理想的是可延伸球形接头的循环寿命，以避免球形接头安装于其中的铝控制臂的外侧端的过度应力，并保持使用重量轻的非铁的或铝的控制臂，在操作期间保持球形接头、控制臂和相邻部件之间的空间间隙，以及以原始OEM定位保持部件。