常规球窝接头和其它活动球窝均应用于诸如汽车转向和悬挂系统中。 这种球窝通常由一个具有圆柱形的内表面罩壳、一个球头位于罩壳内的球 柱和一个将球头支撑在罩壳内的轴承部件构成。这些元件通常通过一个后 开口安装到罩壳内，只有球柱通过一个轴向设置的、直径小于球头的前开 口向外伸出。后开口历来都是使用一个旋压或型锻于此的平面盖板将其封 闭，或者是将盖板焊接于此。在这种球窝中，通过盖板以及球窝闭合所施 加的压力对球窝元件的预载进行控制对于球窝在其用中发挥正常功能至 关重要。
传统的盖板部件都是采用冲压工艺制造的。因此，每个具有理想尺寸 的元件均是采用金属板冲压而成。无论是在冲压过程还是在随后的生产过 程中，凸起部可能会引入或压入盖板中，并在此按预定尺寸冲压一个中心 孔以容纳自攻或螺纹润滑油嘴。一旦盖板固定到位，盖板就会通过一个弹 性的中间元件和一个压板或轴承部件直接或间接地挤压在轴承部件上。
一旦装配好，在大量的机械系统中，包括汽车悬挂和转向系统，活动 球窝可用作位置控制部件和载重部件。很明显，这些应用中使用的活动球 窝或球窝接头极易受各种操作环境的影响，并可能要求用来承载相当大的 负载。一旦出现磨损，活动球窝或球窝接头的性能就要下降，这时如果是 应用于汽车，便会导致不稳定的转向或在车辆的悬挂系统中出现过度松 弛。
正如这里所引用的美国专利6,202,280 B1所述，可以采用一种在后开 口中将圆锥或凸圆盖板扩展在环槽中的方法和装置将球窝元件固定和封 装在球窝罩壳中，使全部硬化的罩壳闭合，无须再使用额外步骤闭合球窝 和固定盖板。
或者，如同Parker的美国专利6,125,541所述，可以使用具有第一和 第二接触面的两级冲头，在罩壳后开口中首先将具有轴向开口的圆锥或凸 圆的磨耗标志型盖板扩展在环槽中，然后相对球窝内部元件，进一步使盖 板变形到预定的最终位置，以提供一个预定的磨耗标志距离。
类似地，如同Parker的美国专利6,532,665所述，可以将具有一个第 一接触面和一个中心枢转冲(pivot punch)的两级冲头在罩壳后开口中与 盖板结合来闭合盖板。两级冲头施加的压力通过接触面转移到盖板，扩展 盖板使其与接触面一致，并将球窝的内部元件封装在球窝罩壳中。施加的 压力还会导致中心枢转冲在盖板的中心孔中延伸，从而控制盖板的扩展和 确立球窝罩壳闭合时盖板中心孔达到的预定尺寸。
每个上述球窝和使用冲头闭合活动球窝的装置和方法都要求盖板具 有一个轴向开口，能够容许在冲头负载下理想的变形。然而，某些球窝设 计需要无轴向开口的密封或闭合的盖板。在许多这样的应用中，球窝只是 在装配过程之前润滑的，装配后不润滑，它们通常叫做“永久润滑”球 窝。Parker申请的美国专利6,619,873 B2建立并公开了一种装配技术，将 无轴向开口的密封或闭合盖板扩展进球窝罩壳的开口端，从而将球窝闭 合。
由于盖板台阶的设计以及需要在邻近盖板台阶的罩壳开口内表面上 包括一个全形的环槽，对于上述与可变形或扩展的盖板一起使用的球窝罩 壳设计来说，球窝壁的厚度有限。因此，如果能提供一种球窝罩壳，不需 因夹持盖板的环槽而减少壁的厚度，则是十分有利的。另外，如果能提供 一种球窝罩壳，它能与可变形的盖板一起使用，而该盖板夹持有常规旋压 或型锻罩壳不突出的顶面的好处，可以在球窝安装到相关场合中之后为周 围元件提供间隙，也是十分有利的。再者，如果能提供一种球窝罩壳，它 既具有足够供罩壳顶面变形所需的可延展性又在罩壳设计中使用不突出 的顶面，也同样是十分有利的。

简言之，本发明提供了一种球窝接头的球窝，它使用一种球窝罩壳， 不需用全形的环槽将盖板夹持在罩壳开口中。该罩壳包括有用可变形材 料——优选延展性材料——制成一个罩壳壁，从而利用可变形的盖板提供 一个闭合系统以得到内部球头和球窝元件的一个恒定的预载。盖板变形到 罩壳开口中的一个台阶上，超出弹性限度，由此在装配过程中，变形盖板 呈现出高度的可重复性和精确控制球头和球窝元件的预载。通过型锻或旋 压构成靠近顶面的罩壳的可变形周边从而夹持罩壳开口中的盖板的周边， 使变形盖板固定在球窝罩壳的盖板座上。
按照本发明的一个方面，提供了一种装配球窝的方法。该方法包括以 下步骤：将球窝元件通过一个开口插入罩壳中；将可变形的盖板置于球窝 开口中的环形支座上；在可变形盖板上施加一个控制的负载使盖板超出其 弹性限度，从而在罩壳开口中的支座上压平和延展盖板成一个理想的结 构，并提供一个控制的预载和球窝元件的相关的内部间隙；以及使用型锻 或旋压构成覆盖于盖板边缘之上的罩壳的外周唇缘而将盖板周边锁定在 球窝罩壳中，由此将球窝元件封于罩壳中，并使盖板抵靠罩壳开口中的周 边支座的。方便的是，有关将盖板变形和使用型锻或旋压形成外周唇缘而 夹紧盖板周边的步骤的次序可以颠倒过来。
本发明的方法的另一个优点是罩壳上可以形成直线镗孔，且罩壳不必 像以前制造球窝方法那样形成单独的环槽。
结合附图阅读以下的详细说明，本发明及其优选实施例的上述以及其 它目标、特征和优点将会更加一目了然。

结合以下的附图和详细说明，便能清楚地理解本发明的这些以及其它 的一些特征和优点。其中：
图1是本发明装配之前活动球窝组件构成元件的一个实施例分解截 面图；
图2是图1中活动球窝组件的构成元件装配后的球窝截面图；
图3显示了按照本发明所使用的装配工具的两个实施例的截面图；
图4A-图4C显示了根据本发明的方法的一个实施例步骤顺序的截面 图；
图5A-图5C显示了根据本发明方法的第二个实施例步骤顺序的截面 图；
图6是一个根据本发明的方法涉及盖板变形步骤中盖板和球窝元件 回弹的各种情况的图表；
在整个附图中，对应的标号表示所对应的部件。

以下是举例的方式对本发明进行详细说明，但并非仅限于此。该说明可 以清楚地让本领域的技术人员实施和使用本发明，它介绍了本发明的几个实 施例、变形、修改、替换和使用，包括目前所认为的实施本发明的最佳模式。
本领域的技术人员将会清楚地认识到下述方法对各种不同活动球窝组 件的适用性。为了方便介绍本发明的方法和使用该方法的装置，引用了各 种球窝节来说明本发明实施例，例如图3所示的球窝接头10，但并不仅 限于此。
如图1和图2所示，罩壳12——其中包括有球窝接头10的各种内部 球头和球窝元件，通常呈圆柱形，具有一个半径不一致的中心孔14，该 孔有一个后开口16以及一个前开口18。邻近前开口18，中心孔14的半 径R缩小而确定罩壳底部的曲面20，邻近后开口16，具有支座24的镗 孔22位于中心孔14中。罩壳12的外表面26基本顺应中心孔14的轮廓。 在图示的实施例中，该外表面26有一个位于其中的扩大的凸脊28。凸脊 28用来将球窝接头10与其它元件(图未示)连接起来。可以理解，凸脊 28还能适合于使用螺纹或其它连接件(图未示)的其它安装形式。
为了装配球窝接头10的球头和球窝元件，尺寸符合置于中心孔14中 的第一或较低的轴承30安置在罩壳12中。该第一轴承30包括一个在轴 向上与罩壳的垂直轴VA成一直线的中心孔32，第一轴承30的外曲面34 设计为与罩壳12中的曲面20相对应。
接下来，具有一个基本圆柱体38和一个带有圆周法兰42的扩大的头 部40的柱头36穿过中心孔32和14，当第一轴承30和柱头36安置于罩 壳12中时使法兰42的下面44抵靠在第一轴承30的上表面46上。圆柱 体38包括一个邻近法兰42的直径均匀的上部50，该上部50过渡到锥形 的中间部分52，然后再过渡到缩小的均匀直径的下部54。上部50的尺寸 适合置于轴承30的中心孔32中，中间部分52和下部54伸出前开口18， 露出在罩壳12的外面。所述头部40包括一个半径Rh大于上部50但小于 罩壳12的半径R的半球形表面56。装配时，半球形表面56和外曲面34 确定罩壳12中一个大致的球形单元或球，使柱头36可以枢转或圆锥运动。
本领域技术人员将会容易地认识到柱头36和第一轴承30可能有多种 形状和结构，例如，柱头36可以包括一个如图4A-图4C和图5A-图5C 所示的基本为球形的头，不需同时用第一轴承30；或第一轴承30具有一 个基本的球形孔，工作时作为柱头36球形头的一个轴承表面，或圆柱体 38可以包括螺纹(图未示)、孔58或槽60，以便连接外部元件(图未示)。
一旦柱头36和第一轴承30安置于罩壳12中，一个以压板62形式呈 现的第二轴承或上部轴承和一个预载装置64，例如衬垫预载装置64，被 置于中心孔14中，位于半球形表面56之上，并由变形盖板66固定于此。 压板62位于柱头36的顶部，包括一个轴承表面68，优选内凹曲面的形 状，其曲率半径与Rh相对应。预载装置64则顺次位于压板62的上表面 72上，通过施加一个可控的预载或弹簧力，装配时用来将压板62抵靠柱 头36支撑到位，同时对应柱头36枢转或圆锥运动，还能允许球在球窝中 作小的位移。衬垫预载装置64可以包括一个具有轴向通道76的圆柱体 74。如图3所示，预载装置还可以包括一个贝氏(belleville)垫圈64。
最后，将图1中最初的圆锥形或半球形结构的盖板66置于邻近镗孔 22的衬垫预载装置64之上，在支座24上进行垂直压缩和少量的侧向延 展，并将各种元件封装于罩壳12中，下面还将介绍。为了便于将盖板66 插入罩壳12的后开口16，盖板66包括一个外径OD适合置于镗孔22的 周缘78，使其能够位于支座24上。盖板66优选具有一个不突出的圆锥 或凸台结构，使其外径OD略小于镗孔22的直径CD，并适合置于镗孔 22中，且在支座24上可略伸展。不突出的圆锥或凸台结构可依据盖板66 选用的材料进行筛选，以便限制盖板在支座24上的延伸，避免一旦变形 后对罩壳12施加一个能足够导致邻近盖板66的罩壳破裂或过度变形的 力。这种不突出的圆锥或凸台结构通常小于以前的球窝节所使用的圆锥结 构，这种球窝节使用环槽定位盖板的外边缘，需要圆锥形盖板有足够的径 向延伸，因此需要一个约35度的锥角α。与此相反，在本发明中使用的 不突出的结构可以为一个小于35度的锥角α。在一个实例中，使用了一 个约20度的锥角α，提供了盖板66变形为半球形所需的足够材料，同时 还在变形时达到盖板66的最小径向延伸。然而，本领域技术人员将会知 道，跟据盖板66所选用的材料、支座24的尺寸以及安装后所需要的盖板 66最终结构和形状，盖板66的具体形状和初始结构是不同的。图1显示 了球窝接头10装配和盖板66变形之前球窝接头10上部元件36、62、64 和66的安排。轴承表面68和曲面20构成一个球窝。装配后，这些表面 及其对应的元件，与半球形表面56、外曲面34及其对应的元件共同组成 一个诸如球窝接头10的球窝节。
正如以上所述，本领域技术人员将会知道，根据活动球窝接头设计的 具体应用不同，使用盖板66固定于罩壳12中的活动球窝接头10的各种 内部元件在形状和尺寸上都可能是不同的。因此，上述球窝接头10只是 一个实施例的范例。
参看图3，使用适当的成形装置100，例如成形工具100，按照本发明的 方法的步骤就可制造球窝接头10。成形工具100基本上是一个两级的成形模 具或工具，它包括一个围绕中心轴CA的一个中心盖板成形部分102，在盖板 66变形之前，中心轴CA在装配时适应与球窝接头10的垂直轴VA成一直线。 一个外周唇缘形成部分104位于围绕中心轴CA的中心部分102的外部，操作 时中心部分102通常适应于将盖板66成形为理想的结构，有关这一点还将作 进一步的介绍。操作时外部部分104通常适应于将侧壁23变形形成变形的外 周唇缘25。中心部分102包括一个具有成形表面108的成形模106，它具有 合适的机构(图未示)能施加一个足以使盖板66变形成一个理想的结构—— 如变形的盖板66’的——成形负载或力F1。成形表面108的形状设计为能提 供变形盖板66’的理想结构，例如半球形或半圆顶形状。中心部分102还可以 包括一个位于成形模106中并从成形模106延伸的中心冲孔110，它也与中 心轴CA成一直线。操作时通过将伸出的尖端111插入孔67——优选在盖板 66变形期间位于盖板66中的中心孔，中心冲孔110能适应于在变形盖板66’ 中限定和保持一个孔67’——优选一个中心孔。外部部分104包括一个位于下 端114的成形部件112，图3中显示了两类不同的成形部件112。图3的右边 显示了一个为旋转成形轮116的成形部件112，可用作侧壁23的旋压成形， 下面还将进一步介绍。图3的左边显示了一个在外部部分104下端114形成 的如一个环槽的成形部件112，用来对侧壁23的卷边或型锻，下面也将进一 步介绍。外部部分104也具有相关的机构(图未示)能施加一个足够使侧壁 23变形并形成变形外周唇缘25的成形负载或力F2。如果成形工具100包含 有成形轮116，用来支撑球窝接头10的一种成形工具100和夹置(图未示) 在施加成形力F2时能适应旋转，以便成形轮116可用来变形侧壁23形成外 周唇缘25。如果成形工具包括环槽，在施加成形力F2时，就没有必要使工 具或支撑夹具旋转，因为环槽118能自然地形成对应的周边卷边或变形的外 周唇缘25。中心部分102和外部部分104的形成和安排应能做到使其操作时 相互完全独立，优选能够形成和安排成使其能够按照预定的、协同的顺序进 行操作，以下还将进一步地介绍。正如人们所理解的那样，对成形工具100， 包括中心部分102和外部部分104的控制可以手工实施或通过使用人们熟知 的自动化模具和模锻控制进行。
现在再来看图4A-图4C。运用本发明的方法的第一个实施例装配球窝 的步骤包括开始时将上述的球头和球窝元件通过罩壳开口16插入罩壳12 构成一个如图3所示的初步的、装配前的结构，或将图1中所示的元件插 入到罩壳12也可得到该结构。这个起始步骤包括以下步骤：提供一个具 有中心孔14的罩壳12，中心孔应包括至少一个开口端16，该开口端16 具有一个镗孔22，确定邻近该开口端的周边支座24；提供一个或多个接 头元件，例如第一轴承30、第二轴承62和预载装置64，还包括柱头36； 提供一个可变形的盖板66，盖板66的外径OD尺寸适合安置于周边支座 24上的镗孔22中；将柱头36和接头元件插入中心孔14中；和将盖板66 置于中心孔14开口端16处的接头元件上方，使盖板66安置在周边支座 24上。随着球窝接头10的球头和球窝元件位于罩壳12之中，可变形的 盖板66安置在罩壳开口16中的周边支座24上，控制的负载F1通过成形 模106(和成形表面108的作用)和中心冲孔110施加在可变形盖板66上， 使盖板66超出其弹性极限，从而使其变平并少量延展成为罩壳开口16和 镗孔22中的预期的和最终结构66’(见图4A)。这种作用也会向球窝接 头10的元件施加一个预载，特别是对压缩预载装置64，无论它是衬垫预 载装置64(见图1和图2)的形式还是以贝氏垫圈64的形式(见图3)。 预载装置64的压缩存储着能量，可以用来维持球窝接头10装配后球窝接 头10元件的控制负载，这对球窝接头10在其可能应用中的后续操作十分 重要。
理想的结构是指在盖板66变形过程期间，盖板66外径OD的扩展和 塑性变形的量只是仅供盖板66’保持在抵靠周边支架24的位置和能够保持 内部球窝元件在适当位置，直至装配过程结束。只要最终的力不能大到足 够损坏或扭曲罩壳12，OD便能径向扩展而挤压镗孔22的表面，但盖板 66也不一定非要扩展到与镗孔22接触。理想的结构还优选变形盖板66’ 的一部分通常具有一个拱形部分80，在罩壳12的上部之上延伸，成为一 个圆顶形状。这种通常呈拱形的部分67可以限定一个用来容纳球窝接头 10中油脂的封闭空间。随着变形的盖板66’因变形和扩展挤压镗孔22表 面而封闭罩壳开口16，通过型锻邻近镗孔22的罩壳12侧壁23使盖板周 缘65锁定在罩壳12之中，形成位于变形和扩展的盖板66’周边之上的罩 壳12的变形外周唇缘25(见图6)，从而使球窝元件夹持在罩壳12中， 并使盖板66’位于罩壳开口16中紧靠周边支架24的位置。
通过罩壳开口16将上述球头和球窝元件插入罩壳12中构成一个初步 的、装配前的结构的步骤之后，图4B显示了使邻近镗孔的罩壳12的周 边侧壁23在径向向内的方向上变形，从而形成一个变形的外周唇缘25和 锁定所述盖板周缘65的步骤，其中，柱头36和接头元件因锁定和变形的 盖板66’而夹持在中心孔14中。无论是通过采用成形轮116进行旋压成形， 还是通过使用斜切成形模118进行卷边或型锻，均能完成变形。如果罩壳 12是采用钢或可变形的铸铁合金制成的，变形的外周唇缘25将具有这种 结构所特有的冷作微结构和机械特性。
图4C显示了应用上述介绍的本发明方法所装配的球窝接头10，包括 变形盖板66’的一个理想结构。
现在再看图5A-图5C。这是应用本发明的方法装配球窝的第二个实 施例，其步骤包括开始时将上述的球头和球窝元件通过罩壳开口16插入 罩壳12中构成一个如图3所示的初步的、装配前的结构，或也通过将图 1中所示的元件插入到罩壳12中而得到该结构。这个步骤包括以下步骤： 提供一个具有中心孔14的罩壳12，中心孔14包括至少一个开口端16， 该开口端16具有限定邻近它的周边支座24的镗孔22；提供一个或多个 接头元件，例如第一轴承30、第二轴承62和预载装置64，还包括柱头 36；提供一个变形盖板66，盖板66的外径OD尺寸适合安置于周边支座 24上的镗孔22中；将柱头36和接头元件插入中心孔14中；和将盖板66 置于中心孔14开口端16处的接头元件上，使盖板66安置在周边支座24 上。
如图5B所示，通过侧壁23变形和向内延伸的变形的外周唇缘25的 形成(图5A)使球窝元件封装在罩壳12中，可变形的盖板66安置在罩 壳开口16中的周边支架24上，一个控制的负载F1通过成形模106(和 成形表面108的作用)和中心冲孔110施加在可变形的盖板66上，使盖板 66超出其弹性极限，从而使其变平并少量延展成为罩壳开口16和镗孔22 中的理想的和最终结构66’。这种作用也向球窝接头10的元件施加一个预 载，特别是对压缩预载装置64，无论它是衬垫预载装置64(见图1和图 2)的形式还是以贝氏垫圈64的形式(见图3)。预载装置64的压缩存 储着能量，可用来维持球窝接头10装配后球窝接头10的元件的控制负载， 这对球窝接头10在其可能应用中的后续操作十分重要。理想的结构是指 在盖板66变形过程中，盖板66外径OD的扩展和塑性变形量仅供变形的 盖板66’保持在抵靠周边支架24的位置和能够支持内部球窝元件在适当位 置，直至装配过程结束。理想的结构还优选为变形盖板66’具有一个通常 呈拱形的部分80，它可以在罩壳12的上部之上延伸，限定用来容纳球窝 中油脂的封闭空间。变形盖板66’可以通过充分变形、扩展而挤压镗孔22 表面，进一步封闭或密封罩壳开口16。但是，这种程度的OD的扩展并 不是必须的。
在闭合球窝接头10期间通过使可变形的盖板66超出盖板材料的弹性 限度，从而导致塑性变形形成变形的盖板66’，柱头和接头元件可以得到 一个恒定的内部球窝预载和相关的内部间隙，具有同样结构的每个变形的 盖板66’和球窝接头10可以精确地重复这一点。这一改进确保球窝在其可 能的应用中其性能能为人们所接受和重复，这一点已在图6所示的有限元 模型中得到证实。在这种模型中，使用两种不同屈服点的材料对盖板66 的几种结构进行了模拟。除了材料2的屈服点比材料1的屈服点大10％ 外，材料1和材料2是相同的。模拟还考虑了接头内部元件的两种不同的 结构或条件。依据元件允许的尺寸变变化，条件1代表最小条件，规定元 件位于周边支架24之下约0.035英寸。条件2代表最大条件，规定元件 位于周边支架24之下约0.005英寸。该模型确定了变形和移除中心部分 102之后盖板66’回弹的预期量。扁平的或0度锥角和35度锥角条件代表 形成球窝接头10的相关技术方法，0度锥角条件表示具有一个旋压或型 锻形成的外周唇缘的扁平盖板，而35度锥角条件表示一个变形的盖板， 它被变形成罩壳12中的环槽以便卡装盖板和密封球窝。20度锥角条件表 示本发明的球窝。特别地，本发明的球窝相对扁平盖板形成的球窝极大地 减少了变化(即，在材料和公差装配(stack)条件下的最大回弹与最小回 弹相比)，相信这是因为与使用圆锥体或凸圆盖板有关的盖板塑性变形增 大所引起。
通过降低突出在变形和延伸的盖板66’表面之上的罩壳部分的整体高 度，采用旋压或型锻成形闭合法使变形的盖板66’保持在罩壳开口16中可 进一步在球窝罩壳12顶部周围提供更大的间隙，从而当球窝接头10安装 到适当的场合中时，可以为邻近的元件提供更多的空间。另外，由于不需 要在罩壳后开口使用环槽，罩壳壁的厚度不需要增厚便能保持理想的强度 特征，从而简化生产工艺。
很明显，按照上述的介绍，本发明很可能还存在着许多修改和变化。 因此，应该这样理解：只要在所附权利要求的范围之内，本发明还可以采 用有别于特别介绍的实施例进行实施。
有关申请的交叉参照
本申请要求于2004年4月21日提交的美国临时专利申请第 60/564,085号的优先权，该专利申请在此整体引用作为参考。