專(zhuān)利名稱(chēng)：重型車(chē)輛的襯套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯套，特別是用于重型公路車(chē)輛的改進(jìn)的襯套。本發(fā)明尤其涉及這樣的襯套，其可代替具有至少六千磅額定軸荷的6、7或8級(jí)車(chē)輛中所用的潤(rùn)滑金屬襯套。
背景技術(shù)：
某些重型車(chē)輛、例如公路卡車(chē)在它們的懸架系統(tǒng)的零件中利用金屬襯套。一個(gè)這樣的設(shè)置地方是在這種車(chē)輛的板簧端部的卷環(huán)襯套，特別是在其前軸上，也可在其后軸上。襯套將彈簧卷環(huán)連接到懸架的其它零件或者車(chē)輛的車(chē)架上。這種襯套沒(méi)有被設(shè)計(jì)成提供減震。它們?cè)趶椈啥瞬颗c要連接的結(jié)構(gòu)之間必須嚴(yán)格地限制相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不是轉(zhuǎn)動(dòng)，以正確地操縱車(chē)輛，并且它們能允許進(jìn)行最多千分之幾英寸上下范圍內(nèi)的錐形運(yùn)動(dòng)。它們通常由鋼、黃銅、青銅或它們的組合形成。但是，這些襯套需要定期的潤(rùn)滑，否則就會(huì)失效。對(duì)襯套涂附油脂必須使車(chē)輛停止運(yùn)營(yíng)，因而是昂貴的。油脂本身也會(huì)產(chǎn)生潛在的環(huán)境問(wèn)題。即使是定期維修，襯套也會(huì)磨損。由于對(duì)錐形運(yùn)動(dòng)的控制是通過(guò)控制襯套的外套與銷(xiāo)之間的油脂填充空間的大小來(lái)提供的，因此襯套的配對(duì)零件的磨損不僅導(dǎo)致襯套失效，而且降低了對(duì)懸架和車(chē)輛的控制。因此工業(yè)界已長(zhǎng)期希望對(duì)重型公路車(chē)輛的例如彈簧卷環(huán)襯套之類(lèi)的金屬襯套，尋求可接受的無(wú)需維修保養(yǎng)的替代品。這些車(chē)輛上的其它金屬襯套、例如轉(zhuǎn)向連桿襯套和用于制動(dòng)器的S-凸輪襯套具有類(lèi)似的問(wèn)題。
許多已有的彈簧卷環(huán)襯套通過(guò)可移動(dòng)的側(cè)桿夾持到重型公路車(chē)輛的車(chē)架或底盤(pán)上。這些襯套通過(guò)移動(dòng)一個(gè)側(cè)桿而可作為一個(gè)單元來(lái)安裝。但是，其它襯套是通過(guò)將外套部分放置到托架的臂之間來(lái)安裝到托架內(nèi)(通常是通過(guò)將軸套放置在一彈簧卷環(huán)內(nèi)和將彈簧卷環(huán)設(shè)置在托架臂之間)，然后經(jīng)一托架臂內(nèi)的孔插入銷(xiāo)，直到其落座到另一臂的孔內(nèi)為止。在一些這種兩部分布置中，銷(xiāo)滑入軸套；而在其它的一些布置中，軸套和銷(xiāo)被加工有螺紋，并將銷(xiāo)螺旋到軸套內(nèi)。由已知的方法來(lái)尋找這些類(lèi)型的兩部分金屬襯套的替代品是非常困難的。
本人的在先專(zhuān)利即美國(guó)專(zhuān)利US 4840395解決了在諸如垃圾車(chē)、越野建筑用車(chē)等重型車(chē)輛中所使用的橡膠襯套中長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。在這些應(yīng)用中，彈性體的襯套允許在零件之間的輕微錐形運(yùn)動(dòng)、減震、允許在負(fù)荷下輕微的暫時(shí)偏離，并且提供了無(wú)需定期潤(rùn)滑。本人的在先專(zhuān)利是通過(guò)利用一改進(jìn)的聚合物彈性體來(lái)解決橡膠襯套的過(guò)早失效的這一長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，其中該聚合物彈性體最好是其硬度略高于所替代的橡膠的標(biāo)稱(chēng)硬度的聚氨酯，并且通過(guò)使襯套的一部分相對(duì)于彈性體可轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)將彈性體固結(jié)到另一部分上來(lái)解決。但是，試圖以聚氨酯襯套來(lái)替換公路重型車(chē)輛中的金屬襯套并沒(méi)有成功。在幾個(gè)小時(shí)的連續(xù)周期內(nèi)襯套所經(jīng)受的快速、高頻(通常為3～15Hz)、低幅振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱。由于聚氨酯的導(dǎo)熱性差，因此聚氨酯襯套比金屬襯套內(nèi)的熱升高得更快，這就導(dǎo)致襯套失效。
尚未發(fā)現(xiàn)用于重型公路車(chē)輛的潤(rùn)滑金屬?gòu)椈删憝h(huán)襯套的其它可接受的替代品。在一些應(yīng)用中，密封件可以延長(zhǎng)潤(rùn)滑間隔，但增加了費(fèi)用和復(fù)雜性，并且沒(méi)有消除對(duì)潤(rùn)滑的要求。已使用了更昂貴的滾子軸承并且延長(zhǎng)了襯套的壽命，但它們需要專(zhuān)門(mén)的裝配件并且也需要潤(rùn)滑。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明的一目的是提供用于重型公路應(yīng)用的可接受的無(wú)需維修的襯套，在這種重型公路應(yīng)用中，以前僅僅能接受潤(rùn)滑的金屬襯套。
本發(fā)明的另一目的是提供能直接替代已有的金屬襯套的襯套。
通過(guò)下面的描述，本發(fā)明的其它目的將變得明顯。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，大體上說(shuō)，提供了用于重型公路車(chē)輛的一無(wú)需維修的彈簧卷環(huán)襯套，包括安裝在彈簧卷環(huán)內(nèi)的一金屬外套、延伸穿過(guò)外套并且被安裝到車(chē)輛底盤(pán)上的一內(nèi)部元件、和在外套與內(nèi)部元件之間的一彈性體分界面，該彈性體分界面具有大于60D的硬度，該彈性體分界面被粘結(jié)到外套和內(nèi)部元件之一上，并且可相對(duì)于外套和內(nèi)部元件的另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“分界面”與在本人的美國(guó)專(zhuān)利US4840395中使用的一樣，表示介于外套與內(nèi)部元件之間的材料。
彈簧卷環(huán)襯套的內(nèi)部元件最好包括安裝在托架內(nèi)的銷(xiāo)，該托架包圍襯套的外套的軸向端部。銷(xiāo)的直徑通常為大約1～1.5英寸。
最好是，彈性體分界面為聚氨酯材料。在這里使用時(shí)，除了有另外的指明外，術(shù)語(yǔ)“聚氨酯”包括聚氨酯、聚脲和它們的混合物。彈性體最好具有在60D～80D范圍內(nèi)的硬度、至少4000psi的抗拉強(qiáng)度、至少525pli的剪切(沖切C)強(qiáng)度、2500以上的100％的模量和至少100％的極限延伸率。在100％～300％范圍內(nèi)的極限延伸率是優(yōu)選的。優(yōu)選的聚氨酯材料具有大約65D的硬度。其非常象金屬那樣靈敏，保持外套與內(nèi)部元件的大致錐形對(duì)齊(±1°)，并且可迅速恢復(fù)到其未受應(yīng)力時(shí)的形狀。
最好是，彈性體分界面被粘結(jié)到內(nèi)部元件上而不是外套上，從而提供最大的支承面積和減小襯套在負(fù)荷下的應(yīng)力和變形。如果彈性體在凝固過(guò)程中收縮的話(huà)，該方法也有助于保持粘結(jié)。
改進(jìn)的襯套將提供與標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑金屬襯套可比的或更長(zhǎng)的使用壽命，并且不需要維修。其在前軸應(yīng)用中提供極好的對(duì)準(zhǔn)和控制。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于更換重型公路車(chē)輛的金屬-金屬襯套的一更換襯套，該金屬-金屬襯套包括一金屬外套和被嵌套到外套內(nèi)的金屬內(nèi)部元件，內(nèi)部元件具有通過(guò)油脂膜與外套的內(nèi)部支承面隔開(kāi)的一外部支承面。更換襯套具有一外套、一內(nèi)部元件、和硬度大于60D的一彈性體分界面，該分界面被粘結(jié)到內(nèi)部元件和外套之一上，并且可相對(duì)于外套和內(nèi)部元件之另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。該分界面具有大致等于金屬-金屬襯套的內(nèi)部元件的最大直徑的外徑。因?yàn)楦倪M(jìn)的襯套的分界面是一彈性體，因此彈性體與金屬件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)裝配可以比其更換的金屬-金屬襯套的相應(yīng)金屬零件之間的裝配更緊，雖然在優(yōu)選實(shí)施例中銷(xiāo)與軸套的相配直徑與其金屬-金屬形式的相同。因此，被粘結(jié)到內(nèi)部元件或通常是銷(xiāo)上的彈性體具有等于外套內(nèi)徑的直徑，并且其公差比在外套的內(nèi)徑公差范圍內(nèi)的最小直徑要小大約0.005英寸以上。在一實(shí)施例中，金屬-金屬襯套的外套與內(nèi)部元件被加工有螺紋，并且更換襯套包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件具有一部分，該部分的外徑大致等于金屬-金屬襯套內(nèi)部元件上的螺紋的根部直徑，并且更換襯套的外套具有大致等于或略小于外套上的螺紋的根部直徑的內(nèi)徑，彈性體分界面填充內(nèi)部元件與外套之間的空間。在另一實(shí)施例中，金屬-金屬襯套的內(nèi)部元件軸向地滑入外套內(nèi)，并且更換襯套包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件的中央部分被切去，以提供用于彈性體分界面的通道。在該實(shí)施例中，彈性體具有大致等于或略大于金屬-金屬襯套的內(nèi)部元件的相應(yīng)部分外徑的外徑，并且最好被粘結(jié)到內(nèi)部元件上。
本發(fā)明的彈性體分界面可以并且最好比本人的在先美國(guó)專(zhuān)利US4840395的分界面薄，其通常大于0.375英寸。本發(fā)明的分界面最好小于0.3英寸(12mm)厚，更好的是在0.1～0.25英寸(4～10mm)的范圍內(nèi)。
通過(guò)下列描述和權(quán)利要求，將清楚本發(fā)明的其它方面。
附圖的簡(jiǎn)要描述在附圖中，
圖1是重型公路車(chē)輛的板簧懸架前端的分解透視圖，其帶有位于板簧端部的彈簧卷環(huán)襯套，適用于本發(fā)明；圖2是用于圖1懸架的拆開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)金屬-金屬?gòu)椈删憝h(huán)襯套的底視平面圖；圖3是本發(fā)明的拆開(kāi)的彈簧卷環(huán)襯套的局部切開(kāi)側(cè)視圖，適于替代圖1懸架內(nèi)的圖2的襯套；圖4是圖3的組裝的彈簧卷環(huán)襯套在一倒置位置時(shí)的剖視圖；圖5是用在圖1的懸架普通改型中，拆開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)金屬-金屬?gòu)椈删憝h(huán)襯套的底視平面圖，襯套包括具有螺紋的部分；圖6是本發(fā)明的拆開(kāi)的彈簧卷環(huán)襯套的局部切開(kāi)側(cè)視圖，適于替代圖1的懸架內(nèi)的圖5的襯套；圖7是圖6的組裝的彈簧卷環(huán)襯套的剖視圖；圖8是重型公路車(chē)輛的板簧懸架另一前端的分解透視圖，其帶有位于板簧端部的彈簧卷環(huán)襯套，適用于本發(fā)明；圖9是用于圖8的懸架拆開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)金屬-金屬?gòu)椈删憝h(huán)襯套的側(cè)視圖；圖10是本發(fā)明的拆開(kāi)的彈簧卷環(huán)襯套的局部切開(kāi)側(cè)視圖，適于替代圖8的懸架內(nèi)的圖9的襯套；圖11是圖10的組裝的彈簧卷環(huán)襯套的剖視圖；圖12是用于重型公路車(chē)輛的轉(zhuǎn)向車(chē)軸制動(dòng)器的分解透視圖，其帶有適于使用本發(fā)明的S-凸輪襯套；圖13是用在圖12的轉(zhuǎn)向車(chē)軸制動(dòng)器中的現(xiàn)有技術(shù)金屬S-凸輪襯套的剖視圖；圖14是本發(fā)明的S-凸輪襯套的剖視圖，適于替代圖13的襯套；
圖15是用于運(yùn)載軍用坦克的公路運(yùn)輸車(chē)的局部頂視平面圖，該運(yùn)輸車(chē)具有適于使用本發(fā)明的轉(zhuǎn)向連桿襯套；圖16是圖15的坦克運(yùn)輸車(chē)的轉(zhuǎn)向連桿的透視圖；圖17是按照本發(fā)明的圖16的拆開(kāi)的轉(zhuǎn)向連桿襯套的剖視圖；圖18是圖17的襯套的端視平面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)參照附圖，圖1表示用于重型(6、7或8級(jí))公路卡車(chē)的轉(zhuǎn)向車(chē)軸的前懸架系統(tǒng)1。所示系統(tǒng)是用于由Freightliner公司制造的卡車(chē)。該系統(tǒng)1包括在其一端(前端)具有第一彈簧卷環(huán)5和在其另一端具有第二彈簧卷環(huán)7的一板簧組件3。板簧組件3的中央通過(guò)一鞍座和U形螺栓組件11被保持到前軸或轉(zhuǎn)向車(chē)軸9上。
第一彈簧卷環(huán)5通過(guò)一彈簧卷繞襯套15安裝到卡車(chē)底盤(pán)上的鑄造的彈簧吊架或鞍座13上。彈簧卷環(huán)襯套15包括一外套17和一銷(xiāo)19，其中外套17被彈簧卷環(huán)5緊緊摩擦地夾持著，而銷(xiāo)19則在軸套點(diǎn)焊或化學(xué)粘結(jié)到彈簧卷環(huán)5內(nèi)后軸向地滑入軸套17內(nèi)。襯套銷(xiāo)19的端部通過(guò)底板或蓋帽21安裝到彈簧鞍座13內(nèi)，其中底板或蓋帽21用螺栓連接到彈簧鞍座13的上部。墊片23將彈簧卷環(huán)5定位在彈簧鞍座13內(nèi)，并且限制彈簧卷環(huán)沿襯套15軸線(xiàn)的軸向運(yùn)動(dòng)。
第二彈簧卷環(huán)7通過(guò)一H形鑄造彈簧吊耳27、一第二襯套29和一第三襯套31安裝到第二鑄造彈簧吊架25上。第二襯套29和第三襯套31等同于第一襯套15。第二襯套29包括一外(軸)套33和一銷(xiāo)35，其中外套被緊緊地摩擦夾持和連結(jié)在彈簧卷環(huán)7內(nèi)。鑄造的彈簧吊耳27的下支腿39中的吊鉤37包圍著第二彈簧卷環(huán)7的端部，并且銷(xiāo)35延伸穿過(guò)吊鉤37和軸套33。吊鉤螺栓41延伸穿過(guò)吊鉤37的橫向孔并且?jiàn)A住銷(xiāo)35的端部。吊鉤螺栓41還延伸穿過(guò)銷(xiāo)35端部?jī)?nèi)的橫向凹口43，以防止銷(xiāo)35相對(duì)于彈簧吊耳27轉(zhuǎn)動(dòng)。第三襯套31包括一外(軸)套45和一銷(xiāo)47。第三襯套31的外套被壓裝到第二彈簧吊架25的孔49內(nèi)。H形鑄造彈簧吊耳27的上支腿53中的吊鉤51包圍著在第二彈簧吊架25內(nèi)的孔49的端部，并且銷(xiāo)47延伸穿過(guò)吊鉤51和軸套45。吊鉤螺栓延伸穿過(guò)吊鉤51的橫向孔并夾住銷(xiāo)47的端部；吊鉤螺栓還延伸穿過(guò)在銷(xiāo)47端部的橫向凹口，以防止銷(xiāo)47相對(duì)于彈簧吊耳27轉(zhuǎn)動(dòng)。使用襯套15、29和31來(lái)安裝彈簧卷環(huán)5和7，可允許在彈簧彎曲時(shí)彈簧卷環(huán)相對(duì)于卡車(chē)底盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且還允許鑄造彈簧吊耳27轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)當(dāng)彈簧彎曲時(shí)其長(zhǎng)度的變化。必須這樣控制卡車(chē)，使得襯套提供銷(xiāo)在襯套軸套內(nèi)的平滑轉(zhuǎn)動(dòng)，并且銷(xiāo)被保持與軸套共軸，既不允許其軸向移動(dòng)超過(guò)千分之幾英寸，最好小于千分之十英寸(0.010″)，也不允許有明顯的錐形運(yùn)動(dòng)，最好是不大于大約一度(1°)。
將看到可以在下蓋帽21被安裝到彈簧吊架13上之前組裝第一襯套15。但是，第二襯套29的銷(xiāo)33必須在彈簧卷環(huán)7定位后插入鑄造彈簧吊耳27的下支腿39之間，而第三襯套31的銷(xiāo)47必須在第二彈簧吊架25定位后被插入鑄造彈簧吊耳27的上支腿53之間。
每一襯套用墊片適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以提供襯套軸套合適的端部間隙，因而提供彈簧端部合適的間隙。
上面所描述的懸架是一種周知的傳統(tǒng)懸架。
在目前已知的懸架中，襯套15、29和31是潤(rùn)滑的金屬-金屬襯套，如圖2所示。傳統(tǒng)的襯套61包括一金屬軸套63和一金屬銷(xiāo)65，它們由油脂膜隔開(kāi)。軸套63長(zhǎng)為4.0英寸、外徑為1.500英寸和內(nèi)徑為1.249±0.001英寸。銷(xiāo)6.875英寸長(zhǎng)，外徑為1.2445±0.0015英寸。在銷(xiāo)65一側(cè)上的小平面67提供一潤(rùn)滑劑儲(chǔ)藏室。橫向凹口69允許鎖止銷(xiāo)65的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，如上所述。傳統(tǒng)的油脂裝置68允許定期地潤(rùn)滑襯套61。在實(shí)踐中，襯套必須每隔10000～15000英里就進(jìn)行潤(rùn)滑。
根據(jù)本發(fā)明的示例，圖2的傳統(tǒng)的金屬-金屬襯套61在圖1的懸架內(nèi)被圖3和4的改進(jìn)的襯套71代替。改進(jìn)的襯套71包括一軸套73，其可以等同于傳統(tǒng)軸套63。最好是，軸套73是AISI(美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì))1020/1026心軸拉拔的鋼管，在其端部具有外側(cè)斜面，以便于將其插入彈簧卷環(huán)或彈簧吊架內(nèi)。改進(jìn)的銷(xiāo)75具有等同于傳統(tǒng)銷(xiāo)65的尺寸和形狀，但其形成的方式不同。銷(xiāo)75是由SAE(美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì))1144耐應(yīng)力鋼制造，在其中央加工以形成一減小直徑的通道77，該通道總長(zhǎng)4.250英寸，直徑1.000英寸。通道77的端部成45°角的斜角，使通道底部的長(zhǎng)度為4.004英寸。在通道77上粘結(jié)一層聚氨酯78，其具有至少60D的硬度和在100％～300％之間的極限延伸率。以傳統(tǒng)的方式來(lái)進(jìn)行粘結(jié)，最好是利用Thixon423(Morton國(guó)際有限公司)。聚氨酯層78最好在模具內(nèi)澆鑄到銷(xiāo)上，采用傳統(tǒng)的脫模劑，例如Synlube 1000，這是由Tennessee(田納西州)的Chattanooga的Synair公司生產(chǎn)的硅基脫模劑。聚氨酯被加工成等于傳統(tǒng)銷(xiāo)65直徑的最終直徑。
優(yōu)選的聚氨酯是由MDI基聚醚類(lèi)預(yù)聚合物，攙雜(添加)有乙醚多元醇，芳香胺矯正(凝固)混合物，例如由Louisiana(路易斯安那州)的Baton Rouge的Albemarle公司生產(chǎn)的ETHACURE矯正劑，帶有或不帶合適的催化劑。材料在20秒等級(jí)的凝膠時(shí)間的短時(shí)期內(nèi)凝固，以形成金屬狀的材料，該材料具有65D的肖氏硬度。優(yōu)選的材料由Iowa(愛(ài)荷華州)的Malcolm的ITWC有限公司銷(xiāo)售，其品名為E65D聚氨酯。類(lèi)預(yù)聚合物由同一公司以“QZ-22”的品名銷(xiāo)售。E65D材料具有大約6400psi的抗拉強(qiáng)度、175pli的剪切(撕裂)強(qiáng)度、大約3500psi的100％的模量、大約5100psi的200％的模量和大約270％的極限延伸率。
當(dāng)使用優(yōu)選的E65D聚氨酯界面的襯套在室溫環(huán)境條件下以3Hz和15Hz的振動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)材料的溫度上升到大約125°F，然后保持在該溫度下。相反，當(dāng)測(cè)試具有55D以下硬度的聚氨酯界面的類(lèi)似襯套時(shí)，材料的溫度繼續(xù)升高。
在6000磅負(fù)荷下對(duì)襯套71的一百萬(wàn)次的初步測(cè)試表明，襯套沒(méi)有明顯的磨損。這意味著襯套將持續(xù)使用500,000英里以上而不用維修。
襯套71完全如襯套61那樣地安裝。以同樣的傳統(tǒng)方式來(lái)安裝墊片和吊鉤螺栓。然而，一旦安裝了改進(jìn)的襯套71，它們不需維修并且相信具有至少如正確保養(yǎng)的金屬-金屬襯套那樣長(zhǎng)的壽命。它們提供了特別的抗磨損性和銷(xiāo)與軸套的對(duì)齊性，因而可極好地操縱卡車(chē)。
現(xiàn)參照?qǐng)D5，示出了一修改的傳統(tǒng)襯套81，其常用于替換圖1的懸架內(nèi)的襯套61，特別是用在美國(guó)的西海岸。該修改的襯套不同于襯套61，其在于銷(xiāo)85的一端82被制成較小的直徑，并且其中在銷(xiāo)的中央部分切割出螺紋86。軸套83設(shè)有一相應(yīng)較小的內(nèi)徑，具有被切割在軸套內(nèi)表面上的一相應(yīng)的內(nèi)螺紋88。在該修改中，安裝吊鉤內(nèi)的開(kāi)口的尺寸在第一吊架13的相對(duì)側(cè)是不同的，并且在H形鑄造彈簧吊耳27的相對(duì)側(cè)也是不同的。因此銷(xiāo)可以?xún)H從一側(cè)插入，相對(duì)一側(cè)上的吊鉤開(kāi)口的大小僅用于容納銷(xiāo)85的小端82。每一部分上的螺紋為0.125英寸深。襯套81的軸套部分83以與第一傳統(tǒng)襯套51的軸套53同樣的方式定位，但銷(xiāo)是被螺旋到軸套內(nèi)的，而不是軸向地滑入。因?yàn)楫?dāng)銷(xiāo)被固定和釘住到吊鉤內(nèi)后螺紋限制銷(xiāo)85在軸套83內(nèi)軸向移動(dòng)，因此該設(shè)置無(wú)需墊片。
如圖6和7所示，根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)的襯套91可以代替襯套81。襯套91包括一軸套93和一銷(xiāo)95。軸套93等同于軸套73。實(shí)際上，軸套93是圖5的傳統(tǒng)襯套的軸套部分83，只不過(guò)是其螺紋88被完全研磨掉了而已。金屬銷(xiāo)95在尺寸和形狀與銷(xiāo)85相同，除了其中央部分的外徑等于螺紋86的根部直徑以外。一聚氨酯層98以與圖3和4的層78相同的材料形成，并且以與圖3和4的層78同樣的方法被粘結(jié)到金屬銷(xiāo)95上。層98具有比彈簧卷環(huán)5和7的寬度大0.125英寸的長(zhǎng)度。如圖7所示，其僅軸向延伸到軸套93的端部，該端部靠近銷(xiāo)95的小端92，因此其(即層98)比傳統(tǒng)的螺紋銷(xiāo)的螺紋86要短。這是因?yàn)橐r套91必須用墊片調(diào)整，以提供彈簧卷環(huán)相對(duì)于其吊架的正確的軸向定位。銷(xiāo)95的中央部分具有0.994±0.005英寸的直徑，聚氨酯層98具有1.247±0.001英寸的外徑。因此該層大約0.127英寸厚。該實(shí)施例的聚氨酯是與第一實(shí)施例同樣的E65D材料，并且以同樣的方式來(lái)施加。
圖8表示用于重型公路卡車(chē)的另一類(lèi)型的前軸懸架101，在該情形中是用于Navistar國(guó)際公司卡車(chē)。該懸架顯示出采用傳統(tǒng)的金屬-金屬?gòu)椈删憝h(huán)襯套。懸架101包括在其一端具有第一彈簧卷環(huán)105和在其另一端具有第二彈簧卷環(huán)107的一板簧組件103。板簧組件103的中央用傳統(tǒng)的方式被固定到轉(zhuǎn)向車(chē)軸上。
彈簧卷環(huán)105和107通過(guò)具有螺紋的襯套115、117和119安裝到卡車(chē)車(chē)架上。固定彈簧103的第一前端的第一螺紋襯套115類(lèi)似于圖5的螺紋襯套81。第二彈簧卷環(huán)107通過(guò)兩個(gè)側(cè)桿127、第二襯套117和第三襯套119安裝到一鑄造彈簧吊架125上，其中在側(cè)桿127的上、下端具有吊鉤129。第二襯套117和第三襯套119與螺紋襯套81的區(qū)別在于，其銷(xiāo)端部的直徑比其螺紋的中央部分的直徑小，如圖9更詳細(xì)地示出。因此，必須在連接側(cè)桿127并且擰緊吊鉤螺釘131之前將銷(xiāo)螺旋到其軸套內(nèi)。襯套117的軸套133被壓裝進(jìn)去、然后焊接或連結(jié)到鑄造彈簧吊架125上。第三襯套119的軸套135裝配到彈簧卷環(huán)107內(nèi)并且焊接或連結(jié)于其上。第二和第三襯套的銷(xiāo)137、139然后被螺旋到其各自的軸套內(nèi)，并且側(cè)桿127裝配到銷(xiāo)的端部上，并擰緊螺釘131。
如圖9所更詳細(xì)的示出，傳統(tǒng)的襯套117包括具有內(nèi)螺紋的軸套133和具有外螺紋的銷(xiāo)137。銷(xiāo)137的端部141的直徑小于其中央螺紋部分143的直徑。螺紋143的深度為大約0.25英寸。橫向凹口145允許吊鉤螺釘131鎖止銷(xiāo)137相對(duì)于側(cè)桿127的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。傳統(tǒng)的油脂裝置147設(shè)在銷(xiāo)137的一端，以允許定期地潤(rùn)滑襯套，并且傳統(tǒng)的扳手裝置149設(shè)在另一端。
根據(jù)本發(fā)明的襯套的另一實(shí)施例，襯套115由類(lèi)似于圖6和7的襯套91的襯套來(lái)代替，并且襯套115和117由圖10和11所示的襯套151來(lái)代替。襯套151包括一軸套153，該軸套的外尺寸等于軸套113的尺寸長(zhǎng)4.0英寸、直徑1.765英寸。為了給軸套提供足夠的壓縮強(qiáng)度，軸套的內(nèi)徑為1.501±0.001英寸，略小于軸套133內(nèi)螺紋的根部直徑。襯套還包括一金屬銷(xiāo)155，其具有銷(xiāo)137的尺寸并且螺紋143被磨平。金屬銷(xiāo)155的外徑為1.062±0.005英寸。軸套153和銷(xiāo)155可以用與第一實(shí)施例的軸套73和銷(xiāo)75同樣的材料制造。采用前述技術(shù)，與第一實(shí)施例中所使用的相同的E65D類(lèi)型的聚氨酯層157，澆鑄和粘結(jié)到銷(xiāo)155的中央部分上。聚氨酯層157具有與軸套153相同的長(zhǎng)度。其外徑為1.499±0.001英寸，因此可看出層157的厚度大約為0.22英寸。
襯套151類(lèi)似于襯套137那樣安裝在側(cè)桿之間，但需使用墊片來(lái)提供軸向定位。但是，一旦安裝，其不需要襯套137所需要的定期維修保養(yǎng)，并且如襯套71那樣，提供偏離軸向同心的阻力和錐形運(yùn)動(dòng)的阻力，該阻力等于或好于其替換的金屬-金屬襯套的阻力。
圖12～14表示應(yīng)用本發(fā)明來(lái)替換用于重型卡車(chē)的制動(dòng)器S-凸輪軸的金屬-金屬襯套。該布置用于Rockwell(洛氏)轉(zhuǎn)向車(chē)軸制動(dòng)器示于圖12。S-凸輪201根據(jù)一松弛調(diào)節(jié)器205的轉(zhuǎn)動(dòng)而張開(kāi)制動(dòng)蹄203，從而施加制動(dòng)。凸輪軸207通過(guò)一吊架管209可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在車(chē)軸上，其中凸輪軸207的一近端裝有第一襯套211和密封件213，其遠(yuǎn)端裝有與襯套211和密封件213等同的第二襯套215和密封件217。鎖止環(huán)219和隔離墊圈221完成S-凸輪的組裝。襯套211和215必須在很大的振動(dòng)負(fù)荷下施加制動(dòng)時(shí)、和在彈簧223的較輕的負(fù)荷下允許制動(dòng)器返回到其非操作位置時(shí)，才允許凸輪軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這需要使襯套211和215精確地對(duì)齊，并且需要能經(jīng)受反復(fù)制動(dòng)而沒(méi)有明顯的磨損。一傳統(tǒng)的S-凸輪襯套211示于圖13。該襯套具有2.00英寸的外徑和1.625±0.002英寸的內(nèi)徑。一環(huán)槽225提供了用于油脂的一儲(chǔ)藏室，并且一密封件213防止油脂泄漏。
根據(jù)本發(fā)明，襯套211和密封件213由一改進(jìn)的襯套231所代替。襯套231包括2.00英寸外徑的一金屬軸套233、壁厚為0.065英寸的DOM(溶解有機(jī)質(zhì))管。粘結(jié)到管233內(nèi)側(cè)的是一E65D聚氨酯層235。該聚氨酯層235的內(nèi)徑為1.625±0.002英寸，壁厚大約為0.123英寸。襯套軸套和聚氨酯襯里具有大約1.250英寸的長(zhǎng)度。分別由青銅和粉末金屬制造的傳統(tǒng)襯套211與本發(fā)明的襯套的對(duì)比試驗(yàn)表明，在250000次循環(huán)后，青銅襯套磨損了大約0.025英寸，粉末金屬襯套磨損了大約0.033英寸，而本發(fā)明的襯套磨損了大約0.003英寸。
本發(fā)明的另一應(yīng)用是用在運(yùn)載M1000坦克的重型軍用輪式運(yùn)輸車(chē)的轉(zhuǎn)向連桿內(nèi)。這樣的運(yùn)輸車(chē)由Missouri(密蘇里州)的St.Louis的系統(tǒng)與電子(Systems&Electronics)有限公司制造。運(yùn)輸車(chē)301示意地表示在圖15中。運(yùn)輸車(chē)301具有由轉(zhuǎn)向連桿305連接的多個(gè)雙輪對(duì)303，這些雙輪對(duì)303與接續(xù)的車(chē)輪對(duì)成Ackerman幾何關(guān)系。一轉(zhuǎn)向連桿305示于圖16中。連桿305包括一臂307，它一端由一襯套309安裝到一三角形板311上，該三角形板311可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在運(yùn)輸車(chē)的車(chē)架上。臂307的另一端通過(guò)一襯套313安裝到一剪刀形托架315上，該托架裝有運(yùn)輸車(chē)的車(chē)輪。襯套309和313是相同的。每一襯套安裝在一兩英寸直徑的鋼銷(xiāo)上。由于運(yùn)輸車(chē)及其貨物重量很大，因此轉(zhuǎn)向連桿襯套309和315必須承受很大的負(fù)荷。起初，這些襯套為滾錐襯套，其購(gòu)置和維修昂貴。試圖以本人的在先美國(guó)專(zhuān)利US4840395中所描述的襯套來(lái)替換這些襯套，但這些襯套失敗了?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)圖17和18所示的襯套可提供非常滿(mǎn)意的性能。襯套321包括一軸套323，該軸套具有被粘結(jié)到其上的由E65D聚氨酯制造的聚氨酯環(huán)325。軸套321的內(nèi)側(cè)成斜角，以提供對(duì)聚氨酯的機(jī)械互鎖。聚氨酯環(huán)325的徑向內(nèi)部327在每一軸向軸向地延伸到環(huán)外大約0.250英寸。聚氨酯環(huán)的內(nèi)側(cè)被倒角以使2英寸的銷(xiāo)容易插入。聚氨酯環(huán)中央的直徑為1.960±0.002英寸。因此聚氨酯略小于銷(xiāo)，并且襯套必須被壓到銷(xiāo)上。但是，襯套提供車(chē)輪平滑的轉(zhuǎn)動(dòng)和無(wú)需維修的可靠服務(wù)。
在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述公開(kāi)可以獲得本發(fā)明的襯套的多種變型。僅僅通過(guò)例子的方式，可以利用其它聚氨酯和/或聚脲，只要它們具有所需強(qiáng)度和硬度特性即可。可使用其它類(lèi)型的彈性體，雖然發(fā)明人目前尚不知曉它們。彈簧卷環(huán)襯套和其它襯套可用聚氨酯制成在銷(xiāo)上，使其略大于襯套軸套的開(kāi)口，雖然這一方法需要更多的力氣來(lái)安裝襯套。
在彈簧卷環(huán)襯套中，聚氨酯可被粘結(jié)到軸套上而不是銷(xiāo)上，雖然該方法具有一些缺陷，其中為了將一已有的傳統(tǒng)金屬-金屬襯套更換成改進(jìn)的襯套，可能需要太薄的軸套，以至于經(jīng)受不住壓入尺寸和形狀可能不是完美的彈簧卷環(huán)內(nèi)。將聚氨酯粘結(jié)到軸套上也意味著當(dāng)彈性體凝固和收縮時(shí)，其趨向于從金屬表面脫離而不是緊貼于銷(xiāo)上，并且還意味著軸套必須被連(粘)結(jié)到彈簧卷環(huán)上而不是焊接到卷環(huán)上，因?yàn)楹附泳哂袝?huì)熔化彈性體的危險(xiǎn)。也許最重要的是，由于軸套相對(duì)較大的表面和銷(xiāo)相對(duì)較小的表面，其會(huì)減小受到最大應(yīng)力的表面面積。
根據(jù)本發(fā)明可制造螺紋襯套，其方式是在銷(xiāo)內(nèi)切割一環(huán)形通道(如第一實(shí)施例中的)以提供軸向支承；在銷(xiāo)上澆鑄聚氨酯層，其直徑與傳統(tǒng)螺紋銷(xiāo)上螺紋的外徑一樣大；然后在聚氨酯內(nèi)切割出螺紋。螺紋也可被鑄造在聚氨酯內(nèi)。該方法可能需要在聚氨酯內(nèi)使用加強(qiáng)纖維。
這些變型僅僅是示例性的。
權(quán)利要求
1.適于裝配在重型公路車(chē)輛的板簧卷環(huán)內(nèi)的襯套，該襯套包括一外套，該外套具有適于裝配在板簧卷環(huán)內(nèi)的外表面；被嵌套到外套內(nèi)的一內(nèi)部元件；和在外套與內(nèi)部元件之間的彈性體分界面，該彈性體分界面被粘結(jié)到內(nèi)部元件上，并且可相對(duì)于外套轉(zhuǎn)動(dòng)，該彈性體分界面具有超過(guò)60D的標(biāo)稱(chēng)硬度。
2.如權(quán)利要求1的襯套，其特征是彈性體分界面是聚氨酯。
3.如權(quán)利要求2的襯套，其特征是彈性體是MDI-基聚醚。
4.如權(quán)利要求3的襯套，其特征是彈性體是用胺矯正凝固的。
5.如權(quán)利要求2的襯套，其特征是彈性體分界面具有在60D～80D之間的硬度。
6.如權(quán)利要求1的襯套，其特征是內(nèi)部元件為一銷(xiāo)，彈性體分界面軸向延伸到軸套端部外。
7.適于用在重型公路車(chē)輛內(nèi)的襯套，該襯套包括一外套；被嵌套到外套內(nèi)的一內(nèi)部元件；和在外套與內(nèi)部元件之間的彈性體分界面，該彈性體分界面被粘結(jié)到內(nèi)部元件和外套之一上，并且可相對(duì)于內(nèi)部元件和外套之另一轉(zhuǎn)動(dòng)，該彈性體分界面包括具有超過(guò)60D的標(biāo)稱(chēng)硬度的聚氨酯。
8.如權(quán)利要求7的襯套，其特征是內(nèi)部元件為一軸。
9.將襯套安裝到重型公路車(chē)輛的托架上的方法，該托架包括一第一臂和與該第一臂隔開(kāi)的一第二臂，每一第一臂和第二臂包括一開(kāi)口；該襯套包括一軸套和被嵌套到軸套內(nèi)的一軸；該方法包括以下的步驟將一彈性體粘結(jié)到軸或軸套之一上；將襯套的軸套定位在托架的臂之間；和將軸插入托架的第一臂內(nèi)的開(kāi)口、穿入襯套的軸套和進(jìn)入托架的第二臂的開(kāi)口內(nèi)；彈性體形成與軸套和軸的另一個(gè)的貼合可轉(zhuǎn)動(dòng)的裝配。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征是彈性體形成軸套與軸之間的唯一的分界面。
11.如權(quán)利要求9的方法，其特征是粘結(jié)彈性體的步驟包括將彈性體粘結(jié)到襯套的軸上；插入軸的步驟包括將軸和彈性體插入托架的第一和第二臂的開(kāi)口內(nèi)和插入襯套的軸套內(nèi)，以形成與軸套的貼合的可轉(zhuǎn)動(dòng)的裝配。
12.如權(quán)利要求9的方法，其特征是軸是一銷(xiāo)，該方法還包括將銷(xiāo)固定到托架上的一步驟。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征是包括在將軸套定位到托架的臂之間前，將襯套的軸套安裝到一懸架元件上的步驟。
14.如權(quán)利要求9的方法，其特征是元件是板簧的一卷環(huán)，軸是一銷(xiāo)。
15.如權(quán)利要求9的方法，其特征是軸被連結(jié)到制動(dòng)器的一S-凸輪上。
16.更換重型公路車(chē)輛的金屬-金屬襯套的方法，該襯套包括一金屬外套和被嵌套到外套內(nèi)的一金屬內(nèi)部元件，內(nèi)部元件具有通過(guò)油脂膜與外套的內(nèi)部支承面隔開(kāi)的外部支承面，該方法包括以這樣的一襯套來(lái)更換金屬-金屬襯套，所述襯套具有一外套、一內(nèi)部元件、和具有大于60D硬度的聚氨酯分界面，將該聚氨酯分界面粘結(jié)到外套和內(nèi)部元件之一上，并且可相對(duì)于外套和內(nèi)部元件之另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征是更換襯套的內(nèi)部元件具有在其外套內(nèi)的最大直徑，該直徑小于金屬-金屬襯套的內(nèi)部元件的最大直徑，更換襯套的內(nèi)部元件具有從外套軸向向外延伸的部分，該軸向向外延伸的部分具有與金屬-金屬襯套的相應(yīng)部分大致相同的尺寸。
18.如權(quán)利要求17的方法，其特征是金屬-金屬襯套加工螺紋，并且更換襯套包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件具有大致等于金屬-金屬襯套內(nèi)部元件上的螺紋的根部直徑的外徑；并且更換襯套的外套具有大致等于外套上的螺紋的根部直徑的內(nèi)徑；聚氨酯分界面填充內(nèi)部元件與外套之間的空間。
19.用于更換重型公路車(chē)輛的金屬-金屬襯套的更換襯套，該金屬-金屬襯套包括一金屬外套和被嵌套到外套內(nèi)的一金屬內(nèi)部元件，內(nèi)部元件具有通過(guò)一油脂膜與外套的內(nèi)部支承面隔開(kāi)的外部支承面；更換襯套包括一外套、一內(nèi)部元件、和在外套與內(nèi)部元件之間的彈性體分界面，該彈性體分界面具有大于60D的硬度，該分界面粘結(jié)到內(nèi)部元件和外套之一上，并且可相對(duì)于外套和內(nèi)部元件之另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，該分界面具有大致等于金屬-金屬襯套的金屬內(nèi)部元件的最大直徑的外徑。
20.如權(quán)利要求15的更換襯套，其特征是金屬-金屬襯套的金屬外套和金屬內(nèi)部元件具有螺紋，并且更換襯套包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件具有一部分，該部分的外徑大致等于金屬-金屬襯套內(nèi)部元件上的螺紋的根部直徑，并且更換襯套的外套具有大致等于外套上的螺紋的根部直徑的內(nèi)徑，分界面填充內(nèi)部元件與外套之間的空間。
21.如權(quán)利要求15的更換襯套，其特征是金屬內(nèi)部元件軸向地滑入金屬-金屬襯套的金屬外套內(nèi)，其中更換襯套包括一內(nèi)部元件，該內(nèi)部元件具有一中央部分，該中央部分的外徑比金屬-金屬內(nèi)部元件的相應(yīng)外徑小0.1～0.4英寸，并且其中更換襯套的外套具有大致等于金屬-金屬襯套的外套的相應(yīng)內(nèi)徑的內(nèi)徑，分界面填充內(nèi)部元件與外套之間的空間。
22.安裝在重型公路車(chē)輛上的板簧組合體，該板簧包括在其一端的一卷環(huán)部分和將板簧安裝到車(chē)輛底盤(pán)上的襯套，該襯套包括一外套，該外套具有裝配在板簧卷環(huán)內(nèi)的外表面；被嵌套到外套內(nèi)的一內(nèi)部元件；和在外套與內(nèi)部元件之間的彈性體分界面，該彈性體分界面被粘結(jié)到內(nèi)部元件與外套之一上，并且可相對(duì)于內(nèi)部元件與外套的另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性體分界面具有大于60D的標(biāo)稱(chēng)硬度。
全文摘要
用于潤(rùn)滑的金屬－金屬襯套(61,81,117)的替代品(71,91,151),以安裝重型公路卡車(chē)的彈簧卷環(huán)(5,7,105,107),包括軸套部分(73,93,153)和一銷(xiāo)(75,95,155),該銷(xiāo)上粘結(jié)有聚氨酯彈性體(78,98,157),它的肖氏硬度大于60D。類(lèi)似的襯套(321,233,235)取代重型公路車(chē)輛的懸架和制動(dòng)器內(nèi)的其它金屬－金屬襯套(309,313,211,225)。
文檔編號(hào)B60G11/12GK1271315SQ98809333
公開(kāi)日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1998年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月25日
發(fā)明者喬治·R·斯特蒙 申請(qǐng)人:阿特羅工程系統(tǒng)公司