CN102381353A

CN102381353A - 转向节及其形成方法

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Publication number: CN102381353A
Application number: CN2011102540392A
Authority: CN
Inventors: J.A.维布斯特; T.瓦泽查
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: DE102011110942B4; US8297632B2; DE102011110942A1; US20120049477A1; CN102381353B

Abstract

一种用于车辆的转向节，该转向节包括金属本体，其具有限定了贯穿的孔眼的第一部分和从所述第一部分纵向延伸的第二部分。转向节还包括陶瓷插入件，其设置在所述第一部分和所述第二部分中，并且围绕所述孔眼。一种形成转向节的方法，该方法包括：将陶瓷插入件设置在模具的腔体中，利用熔融金属充分填充腔体以用熔融金属接触和包封陶瓷插入件，以及凝固熔融金属以便于用金属本体围绕陶瓷插入件，以由此形成转向节。

Description

转向节及其形成方法

技术领域

本发明大体涉及一种用于车辆的转向节，且更具体地涉及一种包括陶瓷插入件的转向节。

背景技术

车辆悬架和转向部件允许车辆在车辆运行期间枢转和垂直地平移。例如，转向节可以在转弯、刹车和临时停车事件中将转向动作传递到车轮并枢转车轮。这样，转向节往往吸收和/或传递来自车轮的力。

发明内容

一种用于车辆的转向节，该转向节包括金属本体，其具有限定出贯穿的孔眼的第一部分和从所述第一部分纵向延伸的第二部分。转向节还包括陶瓷插入件，该陶瓷插入件设置在所述第一部分和所述第二部分中，并且围绕所述孔眼。

在一个变化例中，转向节被配置为用于连接到车辆部件。特别地，金属本体被配置为用于连接，且陶瓷插入件包括多个与所述金属本体交织的陶瓷纤维，其中所述陶瓷插入件具有第一纵向段和第二纵向段。第一纵向段和第二纵向段每一个设置在所述第一部分和所述第二部分的每一个中，由此所述陶瓷插入件围绕所述孔眼并增强所述金属本体。

一种形成转向节的方法，该方法包括：将陶瓷插入件设置在模具的腔体中。在该设置之后，用熔融金属充分填充腔体，以用熔融金属接触并包封陶瓷插入件。该方法还包括使熔融金属固化，以便于用金属本体围绕陶瓷插入件，以由此形成转向节，该金属本体具有限定出贯穿的孔眼的第一部分和从第一部分纵向延伸的第二部分。陶瓷插入件被设置在第一部分和第二部分中，且围绕该孔眼。

通过该方法所形成的最终转向节展示出了增加的刚度-重量比(stiffness-to-weight ratio)，而没有对重量的不利增加。更特别地，陶瓷插入件降低了转向节的重量，并增强了金属本体，以为转向节提供良好的刚性和强度。由此，转向节展示了良好的刚度和结构完整性，而没有对车辆重量的负面影响。此外，转向节提供了用于车辆的悬架部件(譬如轴承和制动钳(calipers))的良好连接接口，并且转向节的增加的刚度降低了这些部件的变形。此外，该方法允许转向节能经济地生产。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是包括以虚线示出的陶瓷插入件的转向节的示意性透视图；

图2是图1的陶瓷插入件的示意性透视图；

图3是图1和2的陶瓷插入件的一部分的放大示意图；以及

图4是设置在用于形成图1的转向节的模具腔体中的图2的陶瓷插入件示意性透视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，用于车辆的转向节大体上在图1的10处示出。转向节10可以被用于需要可枢转车轮(未示出)以用于转弯、制动和悬空事件(例如在不平坦的表面上行进)的汽车应用。然而，转向节10还可以用于非汽车应用，譬如但是不局限于飞行器和建筑应用。

参考图1，转向节10包括具有第一部分14的金属本体12。金属本体12可以具有沿着转向节10的纵向轴线16延伸的大致细长形状，如图1所示。在一个变化例中，转向节10，更具体地金属本体12被构造为连接到车辆部件18，如下文更详细地所述。例如，金属本体12的第一部分14可以被配置为连接到车辆部件，譬如但是不局限于拉紧杆(？)(tie rod)(大致示出在图1中的18处)、制动器(未示出)和/或车轮(未示出)。转向节10的第一部分14可以被布置为在车辆运行期间邻近或连接到制动器和/或车轮。

由此，继续参考图1，第一部分14限定了穿过它的孔眼20。孔眼20可以完全延伸穿过金属本体12的第一部分14，从而大致垂直于转向节10的纵向轴线16，即从而孔眼20的中心轴线22大致垂直于转向节10的纵向轴线16。此外，孔眼20可以被构造为、限定尺寸为和/或成形为接收车轮的轮毂(未示出)。也就是说，车轮可以经由将轮毂插入到孔眼20中而连接到转向节10。

如图1中进一步示出，转向节10的第一部分14还可以包括多个孔24，其被配置为用于接收多个相应的连接元件(未示出)，譬如螺栓和/或螺钉。在车辆组装和/或维修期间，该连接元件可以将转向节10联接到制动器和/或车轮。

此外，第一部分14可以限定出穿过它的第二孔眼28，该第二孔眼大致垂直于前述孔眼20。例如，第二孔眼28可以由第一部分14的近端26限定。第二孔眼28可以被配置为、限定尺寸为和/或成形为接收车辆转向和/或悬架系统部件(未示出)，譬如但不局限于轴轭、振动吸收器、压杆、横拉杆、连杆或球接头。第二孔眼28的中心轴线30可以大致垂直于孔眼20的中心轴线22，且大致平行于转向节10的纵向轴线16。

再次参考图1，金属本体12还包括从第一部分14纵向延伸的第二部分32。也就是说，第二部分32沿着转向节10的纵向轴线16延伸远离第一部分14。第二部分32可以相对于第一部分14成拱形。也就是说，第二部分32可以调适为或模制为相对于纵向轴线16弓起，例如远离车轮。此外，第二部分32可以限定出用于降低转向节10的质量的一个或多个凹穴或凹部34。

如图1所示，第二部分32的远端36可以限定出穿过它的第三孔眼38，该第三孔眼基本垂直于第一部分14的孔眼20。第三孔眼38可以被配置为、限定尺寸为和/或成形为接收车辆悬架和/或转向系统部件(未示出)，譬如但不局限于振动吸收器、压杆、横拉杆、连杆或球接头。第三孔眼38的中心轴线40可以大致垂直于孔眼20的中心轴线22，并大致平行于转向节10的纵向轴线16.

如图1所示，第一部分14可以与金属本体12的第二部分32一体成形。也就是说，转向节10可以包括具有如上所述的第一部分14和第二部分32的一个金属本体12。此外，金属本体12可以由根据转向节10的期望工作条件选择的任意适当金属形成。例如，对于需要良好强度和降低的重量的应用，金属本体12可以包括铝。例如，金属本体12可以包括SAE D4512铝。金属本体12可以替代地或附加地包括铝合金、锻钢、铸铁和/或它们的组合。

金属本体12还可以包括一个或多个臂，大致示出在图1的42处。该一个或多个臂42也可以与第一部分14和第二部分32一体形成，且可以被配置为、设置尺寸为和/或成形为连接到转向或车辆部件18，例如横拉杆。

参考图1和2，转向节10还包括陶瓷插入件14，布置在第一部分14和第二部分32中且围绕孔眼20。例如，如图2所示，陶瓷插入件44可以被成形或配置为曲线形带并且被配置为用于增强金属本体12。如本文中所使用，术语“曲线形”指以遵循包括至少一个弧形部分的曲线为特征的形状，即非直线的形状。例如陶瓷插入件44可以是连续曲线形或可以具有弧形部分。由此，陶瓷插入件44可以具有非直线的形状且可以由平滑、流畅、弯曲的线限定。

此外，如图2所示，陶瓷插入件44可以至少具有第一厚度46和小于第一厚度46的第二厚度48。也就是说，陶瓷插入件44可以具有相对较厚和/或较薄的区域，从而进一步降低转向节10的重量或容纳金属本体12的功能性结构。在一个变化例中，如图2所示，陶瓷插入件44可以在配置为用于增强金属本体12的区域中具有第一厚度46，且陶瓷插入件44可以在配置为用于金属本体12的功能特征之间的小公差和/或尖锐弯曲的区域中具有第二厚度48。

再参考图2，陶瓷插入件44可以包括第一纵向段50和与第一纵向段50一体形成的第二纵向段52。也就是说，第一纵向段50和第二纵向段52每一个都可以在纵长方向上沿着转向节10的纵向轴线16(图1)延伸。尽管第一纵向段50和第二纵向段52彼此成一体，但是第一纵向段50和第二纵向段52可以相对彼此不对称。也就是说，第一纵向段50和第二纵向段52可以具有不同的形状、长度和/或厚度46，48。例如，第二纵向段52可以朝向臂42弓起(图1)和/或可以与金属本体12的外表面54的轮廓(图1)相关。替代地，第一纵向段50可以具有与第二纵向段52相同的形状。

参考图1和2，第一纵向段50可以布置在金属本体12的第一部分14和第二部分32每一个中。也就是说，第一纵向段50可以沿着金属本体12的大致整个长度56(图1)延伸。相似的，第二纵向段52可以布置在金属本体12的第一部分14和第二部分32的每一个中，以便于相似地沿着金属本体12的大致整个长度56延伸。

继续参考图2，陶瓷插入件44还可以包括互连第一纵向段50和第二纵向段52每一个的横杆58。也就是说，横杆58可以桥接和连接第一纵向段50和第二纵向段52。更特别地，横杆58可以在金属本体12中布置为使得其被设置在第一部分14的近端26(图1)和第二部分32的远端36(图1)之间。例如，如图2所示，横杆58可以将陶瓷插入件44划分，以便于限定第一带60和第二带62。第一带60和第二带62每一个都可以被配置为增强金属本体12，如下文更详细的描述。横杆58可以与第一纵向段50和第二纵向段52每一个一体形成，从而第一带60和第二带62每一个是连续的。

如图1和2所示，第一带60可以设置在金属本体12的第一部分14中，而第二带62可以设置在金属本体12的第二部分32中。也就是说，第一带60可以围绕孔眼20，而第二带62可以沿着转向节10的纵向轴线16延伸远离第一带60并进入到第二部分32中。由此，第一带60可以被配置为、设定尺寸为和/或成形为增强金属本体12的第一部分14。而第二带62可以被配置为、设置尺寸为和/或成形为增强金属本体12的第二部分32。如此，陶瓷插入件44可以完全设置在金属本体12中，以便于增强金属本体12，且陶瓷插入件44可以被金属本体12所围绕和包封。

现参考图3，陶瓷插入件44可以包括多个陶瓷纤维64，其彼此交织以限定多个空隙66。适当的陶瓷纤维64可以包括碳、硅、硼、氮、锆、钛、镁及其组合。例如，陶瓷纤维64可以是玻璃增强碳纤维或结构化陶瓷纤维。陶瓷纤维64可以具有约5mm到约10mm的平均长度，且陶瓷纤维64可以以从约1份陶瓷纤维：5份铝到约1份陶瓷纤维：6份铝的比例存在于转向节10中。如果低于前述比例的量，则转向节10可能不能展示期望的刚度和/或强度。高于上述比例的量，金属本体12可能导致转向节10重量增加。

如图3所示，并参考图1，陶瓷纤维64可以被紧密编织以为陶瓷插入件44提供期望的结构、强度和增强能力。例如，由交织的陶瓷纤维64限定的空隙66可以具有约0.1mm到约1mm的平均直径，例如约0.5mm，以便于允许本体部分12(图1)穿透到空隙66中。例如，铝可以填充多个空隙66，以便于互连金属本体12和陶瓷插入件44。也就是说，铝可以填充空隙66，以便于将陶瓷插入件44互锁在金属本体12中。

在陶瓷插入件44和金属本体12之间的这样的连接为转向节10提供了良好的刚度-重量比。也就是说，陶瓷插入件44与金属本体12相比是轻质的，并且占用了金属本体12的原本将填充铝的那部分。换句话说，陶瓷插入件44可以代替金属本体12的金属质量的一部分。此外，陶瓷插入件44使得金属本体12变刚硬，以为转向节10提供用于车辆转弯、制动和悬空事件的充分刚性。此外，由于转向节10具有良好的刚硬度，转向节10降低了诸如轴承和制动钳(未示出)这样的悬架部件的变形，并提供了良好的轴承和制动钳连接接口。例如，在第二孔眼28(图1)和/或第三孔眼38(图1)处连接到转向节10的轴承和制动钳在车辆运行期间经受降低的磨损并具有增加的寿命。

还参考图1到4示出了形成转向节10的方法。特别参考图4，该方法包括将陶瓷插入件44布置到模具70的腔体68中。该模具70可以适用于铸造金属本体12(图1)，譬如但并不局限于真空模具或压力模具。通常，模具70可以包括第一半部72，其独立于第二半部74并可与第二半部74相配，例如在76处，并且限定出配置为当填充金属时形成金属本体12的轮廓的腔体68。

在将陶瓷插入件44设置到模具70中之后，该方法包括用熔融金属充分填充腔体68，以利用熔融金属接触并包封陶瓷插入件44。熔融金属可以是适于形成金属本体12的任意金属，譬如但并不局限于铝、钢、铁及其组合。熔融金属可以是可流动的，即在填充期间熔融金属可以为液态。

继续参考图4，腔体68可以经由构造为引导、连接、浇灌和/或抽吸熔融金属到腔体68中的任何适当设备78来填充。例如，填充可以包括利用真空将熔融金属抽吸到腔体68中。更具体地，熔融金属可以经由真空无冒口铸造(vacuum riserless casting：VRC)方法被抽入到模具70的腔体68中。例如，模具70可以定位在包含熔融金属的密封炉子(未示出)上方，以由此将模具70的腔体68通过一个或多个冒口管(未示出)连接到熔融金属。熔融金属可以通过真空而被抽吸到腔体68中，以从腔体68移除空气并用熔融金属填充模具70的腔体68。也就是说，模具可以是“底部填充”的，即填充为使得熔融金属在模具70的腔体68中升高。当熔融金属被抽吸入腔体68时，熔融金属接触并包封陶瓷插入件44(图2和图4)。也就是说，熔融金属可以围绕陶瓷插入件44并且填充陶瓷插入件44的空隙66(图3)，如上所述。

在另一个变化例中，填充可以包括利用压力将熔融材料引入到腔体68中。例如，熔融金属可以经由压力无冒口铸造(pressure riserless casting：PRC)方法被引入到腔体68中。更具体地，模具70可以定位在包含熔融金属的密封炉子(未示出)上方，以由此将模具70的腔体68通过一个或多个冒口管(未示出)连接到熔融金属。熔融金属可以在压力下被引入到腔体68中并用熔融金属填充模具70的腔体68。也就是说，模具70可以是“底部填充”的，如上所述。当熔融金属被抽吸入腔体68时，熔融金属接触并包封陶瓷插入件44(图2和图4)。也就是说，熔融金属可以围绕陶瓷插入件44并且填充陶瓷插入件44的空隙66(图3)，如上所述。在模具70的腔体68被填充之后，可以在模具70上保持压力，以确保熔融金属完全填充腔体68和陶瓷插入件44的空隙66。

在另一变化例中，填充可以包括将熔融金属浇入腔体68。例如，熔融金属可以经由倾斜浇注工艺而被浇入到腔体68中。更具体地，浇池(未示出)可以定位在模具70附近，并且在水平位置填充。当浇池和模具70倾斜时，熔融金属可以被浇入到模具70的腔体68中，从而熔融金属可以围绕陶瓷插入件44(图2和4)并填充陶瓷插入件44的空隙66(图3)。倾斜模具70通常在模具70的腔体68的填充期间使得熔融金属的扰动最小化。

现在参考图1和4，该方法还包括将熔融金属固化，以便于用金属本体12围绕陶瓷插入件44，以由此形成转向节10。如上所述，且如图1所示，金属本体12具有限定了贯穿其中的孔眼20的第一部分14和从第一部分14纵向延伸的第二部分32。陶瓷插入件44被设置在第一部分14和第二部分32中并围绕孔眼20，如上所述。

在一个实例中，融化的金属可以通过淬火固化。也就是说，熔化金属和/或模具70周围的温度可以被降低以由此固化融化金属并在模具70的腔体68中形成转向节10。在包括陶瓷插入件44的金属本体12形成之后，转向节10可以从模具70的腔体68中移除。

由该方法形成的最终转向节10展示了增加的刚度-重量比(stiffness-to-weight ratio)，而没有对重量的不利增加。更特别地，陶瓷插入件44降低了转向节10的重量，并增强了金属本体12，以为转向节10提供良好的刚性和强度。由此，转向节10展示了良好的刚度和结构完整性，而没有对车辆重量的负面影响。此外，转向节10提供了用于车辆的悬架部件，譬如轴承和制动钳(calipers)的良好连接接口，并且转向节10的增加的刚度降低了这些部件的变形。此外，该方法允许转向节10经济地生产。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种用于车辆的转向节，该转向节包括：

金属本体，具有限定出贯穿的孔眼的第一部分和从所述第一部分纵向延伸的第二部分；以及

陶瓷插入件，设置在所述第一部分和所述第二部分中，并且围绕所述孔眼。

2.如权利要求1所述的转向节，其中，所述陶瓷插入件被成形为曲线形带状物并被配置为用于增强所述金属本体。

3.如权利要求2所述的转向节，其中，所述陶瓷插入件包括第一纵向段和与所述第一纵向段一体形成的第二纵向段。

4.如权利要求3所述的转向节，其中，所述第一纵向段被设置在所述金属本体的第一部分和第二部分的每一个中。

5.如权利要求3所述的转向节，其中，所述陶瓷插入件还包括将所述第一纵向段和所述第二纵向段的每一个互连的横杆。

6.如权利要求5所述的转向节，其中，所述横杆分割所述陶瓷插入件以限定出第一带和第二带。

7.如权利要求6所述的转向节，其中，所述第一带被设置在所述金属本体的所述第一部分中，而所述第二带被设置在所述金属本体的所述第二部分中。

8.如权利要求1所述的转向节，其中，所述陶瓷插入件包括彼此交织的多个陶瓷纤维，以限定多个空隙。

9.如权利要求8所述的转向节，其中，所述金属本体包括铝。

10.一种形成转向节的方法，该方法包括：

将陶瓷插入件设置在模具的腔体中；

在设置之后，用熔融金属充分填充腔体，以用熔融金属接触和包封陶瓷插入件；以及

使熔融金属固化，以便于用金属本体围绕陶瓷插入件以由此形成转向节，该金属本体具有限定出贯穿孔眼的第一部分和从第一部分纵向延伸的第二部分；其中，陶瓷插入件被设置在第一部分和第二部分中，且围绕该孔眼。