球头销和球头节.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102996618 A (43)申请公布日 2013.03.27 CN 102996618 A *CN102996618A* (21)申请号 201210167214.9 (22)申请日 2012.05.24 102011082920.2 2011.09.19 DE F16C 11/06(2006.01) C23C 8/04(2006.01) C23C 8/10(2006.01) C23C 8/24(2006.01) C23F 17/00(2006.01)(71)申请人 ZF 腓特烈斯哈芬股份公司 地址 德国腓特烈斯哈芬 (72)发明人 D阿达姆克兹克 W克莱纳 K帕。

2、佩 W奥伊勒里希 M雷希泰恩 T维格曼 M海德曼 J克鲁塞 J塔博尔 R雅尔佩 U舍夫兹克 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 苏娟 (54) 发明名称 球头销和球头节 (57) 摘要 本发明涉及一种具有球头销的球头节和一种 钢制的具有铰接球 (1) 的球头销。球头节或球头 销特别适用于在固体摩擦占主导的情况下、 如在 高静态初始载荷或高运行载荷和轻微铰接件运动 的情况下使用， 并且球头销至少在其表面的一个 局部区域具有用于提高疲劳强度的表面硬化层 (9)。球头节和球头销的特征在于， 球头销表面的 至少一个不具有表面硬化层的局部区域具有用作 磨损保护的渗氮层 (6)。

3、。本发明提供一种球头销， 其实现了高疲劳强度、 良好的防腐保护以及高耐 磨损性能的有利的特征结合。 在球头节方面， 迄今 为止已知仅用作防腐保护的渗氮层通过磨损保护 而开发出了新的作用领域。由此还克服了现有技 术中球头销的表面硬化处理和渗氮处理之间的排 斥。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种钢制的球头销， 其具有铰接球 (1)， 所述球头销用于具有轴承套的球头节， 所述 球头销在高静态初始载荷或高运。

4、行载荷的情况下使用， 其中， 所述球头销的表面的至少一 个局部区域具有用于提高疲劳强度的表面硬化层 (9)， 其特征在于， 所述球头销的表面的至 少一个不具有表面硬化层的局部区域具有用作磨损保护的渗氮层 (6)。 2. 一种在高静态初始载荷的情况下使用的球头节， 所述球头节具有轴承套和钢制的球 头销， 所述球头销具有铰接球 (1)， 其中， 所述球头销的表面的至少一个局部区域具有用于 提高疲劳强度的表面硬化层 (9)， 其特征在于， 所述球头销的表面的至少一个不具有表面硬 化层的局部区域具有用作磨损保护的渗氮层 (6)。 3.按照权利要求1所述的球头销或按照权利要求2所述的球头节， 其特征在于。

5、， 所述球 头销至少在表面 (8) 的一个局部区域上具有氧化层。 4.按照权利要求1至3中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 在所述铰接球 (1)上， 不具有表面硬化层而设有渗氮层的至少一个表面局部区域(6)设置在铰接球(1)与 轴承套的轴承接触区域中。 5. 按照权利要求 1 至 4 中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 所述铰接球 (1)在从球顶(11)延伸经由赤道(12)的局部区域(6)上具有渗氮层和/或氧化层， 而所述 铰接球 (1) 的其余表面区域不具有渗氮层。 6. 按照权利要求 1 至 5 中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 所述铰接球 (1) 在。

6、其不具有渗氮层的表面区域上具有表面硬化层 (9)。 7.按照权利要求1至6中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 所述球头销的 表面硬化的区域延伸经由颈部区域 (3)、 密封区域 (4) 以及至少部分地延伸经由所述球头 销的杆部区域 (2)。 8.按照权利要求1至7中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 所述球头销在 杆部区域 (2) 的和 / 或螺纹区域 (5) 的至少局部上具有渗氮层 (7)。 9.按照权利要求1至8中任意一项所述的球头销或球头节， 其特征在于， 所述球头销的 表面至少局部经抛光处理 (10)。 10. 按照权利要求 1 至 9 中任意一项所述的球头销或球头。

7、节， 其特征在于， 所述球头销 至少局部经调质处理。 权 利 要 求 书 CN 102996618 A 2 1/5 页 3 球头销和球头节 技术领域 0001 本发明涉及一种根据权利要求 1 的前序部分所述的钢制的球头销以及一种根据 权利要求 2 的前序部分所述的球头节。 背景技术 0002 在处于静态初始载荷下的支承铰接件中， 例如在机动车的底盘区域中， 铰接件的 摩擦系统在确定的状态 ( 例如与仅为最小的铰接件运动相关的静止时间或高速公路行驶 ) 下承受特别高的载荷， 这样可能导致铰接件的提早磨损或失效。 与此相关的是， 位于球头节 中的润滑剂在这种状态下(由于与极小的铰接件运动总是伴随很。

8、大的载荷)部分地从球头 销与轴承套之间的接触区域中被挤出。由此， 在球头节中总是存在的在液体摩擦和固体摩 擦之间的混合摩擦更剧烈地朝向固体摩擦偏移， 与此相应地， 产生铰接件磨损的不利后果。 在球头节中另一公知的问题在于腐蚀， 特别是在球头销的密封囊 - 密封区域中 ( 在湿气侵 入到球头节中时 ) 的腐蚀， 以及在铰接球和球形窝之间的轴承缝中的腐蚀。由此还使轴承 磨损增大， 因而可能导致不利的缝隙形成和铰接件失效。 0003 由现有技术已知防腐蚀的球头销， 同理还已知有具有防磨损表面的球头销或提高 了疲劳强度的球头销。 在此， 根据现有技术， 疲劳强度以及磨损保护主要通过材料性能的与 调制处。

9、理或表面硬化处理相关的改善来实现， 表面硬化处理特别指的是在球头销表面上的 处理。 0004 抵抗在密封囊 - 密封区域中的或在铰接球与球形窝之间的接触区域中的腐蚀的 公知方法是采用经渗氮处理并随后经氧化处理的球头销。根据已有的认识， 球头销的渗氮 处理在此直接用于防腐保护， 而最终的氧化处理封闭渗氮过程中产生的孔隙， 由此再次使 耐腐蚀寿命提高。由此根据已有的认识， 在渗氮处理之后进行的氧化处理仅改善了由钢制 成的 ( 若非如此则还要进行光亮化 ) 球头销的耐腐蚀性能。 0005 在由现有技术公开的处理方法中， 渗氮处理和表面硬化处理是相互排斥的。 因为 ： 要么是表面硬化处理由于渗氮处理所。

10、需的较高过程温度而被破坏或退化 ； 要么反之， 由于 表面硬化过程又使在先的渗氮处理进而防腐保护受到干扰。在此出现的问题是， 针对较高 的疲劳强度或较高的支承载荷以及磨损保护所需的球头销的表面硬化处理典型地应在销 的这样的表面区域上进行， 而且渗氮处理也应该保护此表面区域， 即， 主要是在球头销的铰 接球的区域中和必要时在密封囊 - 密封区域中。 0006 因此综上可知， 现有技术的问题是 ： 根据现有技术已知的教导， 迄今为止， 一方面 对于防腐保护十分需要的球头销的渗氮处理和另一方面对于较高使用寿命和磨损保护所 需的表面硬化处理在一个球头销中仍然相互排斥。 发明内容 0007 本发明的目的。

11、在于， 提供一种球头销或一种球头节， 特别在具有静态初始载荷的 运行状态下以及在微运动条件下、 或者在具有较高的运行载荷的条件下， 该球头销或球头 说 明 书 CN 102996618 A 3 2/5 页 4 节能够具有较高的疲劳强度、 良好的磨损保护以及由此实现较长的使用寿命。 由此， 在球头 销的局部区域、 如密封区域中减少的防腐蚀保护因有利于磨损保护而被接受， 或者该降低 的防腐蚀保护可以通过其它技术方案、 诸如额外的用于防腐蚀保护的滑环而得到补偿。而 且， 特别能够消除迄今为止现有技术中存在的一方面表面硬化处理与另一方面渗氮 / 氧化 处理之间的相互排斥， 从而即使在表面硬化处理的销上。

12、也完全能够实现改善的磨损保护。 0008 本发明的目的通过具有权利要求 1 的特征的球头销， 以及通过具有权利要求 2 的 特征的球头节来实现。 0009 在从属权利要求中描述了有利的实施方案。 0010 本发明的球头销由钢制成， 该球头销在其表面的至少一个局部区域上具有表面硬 化层(特别用于提高使用强度和疲劳强度)， 并且该球头销在高静态初始载荷和/或微运动 以及高运行载荷的情况下使用， 即， 在具有较小的铰接件运动或铰接件运动停止时或在铰 接件缝中至少暂时固体摩擦占主导的情况下使用。 0011 球头销或球头节的特征在于， 磨损保护通过球头销的渗氮层而形成。 在此， 渗氮层 设置在球头销的表。

13、面的局部区域上， 其中， 球头销的表面的设有渗氮层的局部区域同时不 具有表面硬化层。 对于球头销的局部渗氮处理， 除了气体氮之外， 还适于采用等离子渗氮处 理或等离子氮碳共渗处理。 0012 在此， 本发明的背景在于申请人的这样的认知， 由该认知使球头销的表面上的渗 氮层不仅 ( 如现有技术已知的那样 ) 改善球头销或球头节的防腐蚀性能， 而且还由此实现 显著改善的轴承件的耐磨损性能。 0013 该原理特别适用于开始所述的具有高静态初始载荷或高运行载荷的边界条件， 例 如在球头节的较长的静止时间之后、 在承载状态下、 或者在运行时间中， 在该运行过程中主 要仅产生微运动并由此在铰接件中产生占主。

14、导的固体摩擦。 0014 申请人认识到， 对于球头销的硬度 / 疲劳强度和防腐蚀保护以及耐磨损性能的有 分歧 ( 现有技术中相互排斥 ) 的要求可以这样来实现 ： 使渗氮处理 ( 在固体摩擦占主导的 情况下的防腐蚀保护、 磨损保护 ) 和表面硬化处理 ( 强度、 疲劳强度、 磨损保护 ) 如此局部 地设置在球头销上， 即， 一方面最优地满足开始所述的对于这种类型的球头节的要求， 而另 一方面避免了迄今为止存在的表面硬化处理与渗氮处理的相互排斥。 0015 换句话说， 这意味着通过本发明使球头销的渗氮处理 ( 现有技术已知的常用于改 善球头节的耐腐蚀性能 ) 此时能够用于限定性地改善球头节上的磨。

15、损性能， 为此使球头销 表面的至少一个 ( 未经表面硬化处理的 ) 局部区域设有渗氮层， 在该渗氮层中实现了新的 用作磨损保护的功能。 0016 在此， 还可以使经表面硬化处理进而特别运行持久以及耐疲劳的球头销具有额外 的防腐蚀保护和磨损保护， 由此根据期望适合用于固体摩擦占主导的情况下 ( 在静止时间 或微运动的情况下 ) ； 而根据现有技术的教导， 迄今为止， 这一技术方案由于表面硬化和渗 氮处理的相互排斥、 以及由于渗氮处理在球头节中作为磨损保护的未知的优点而仍被排除 在外。 0017 对于这种使用目的， 表面硬化处理和渗氮处理不再相互排斥， 因为表面硬化处理 和渗氮处理通过本发明设置在。

16、球头销的不同区域中 ； 一方面， 表面硬化层例如设置在球头 销的于交变弯曲性能方面承受特别高载荷的颈部区域和杆部区域， 而另一方面， 渗氮层设 说 明 书 CN 102996618 A 4 3/5 页 5 置在球头销的铰接球和轴承套之间的于磨损方面承受特别高载荷的轴承接触区域。 0018 因此， 本发明提供一种经表面硬化处理的销， 该销具有较高的疲劳强度、 同时还具 有较高的磨损保护。 0019 本发明的优选实施方案规定， 球头销至少在其表面的一个局部区域上还具有氧化 层， 特别为铁氧化层。 氧化层优选至少包括球头销的经渗氮处理的表面局部区域， 该氧化层 在此用于渗氮层在防腐蚀保护和稳定性方面。

17、的额外的稳定， 而且进一步改善与渗氮层相关 的磨损保护。 0020 在此， 首先与球头销的表面的哪些局部区域包括表面硬化层、 哪些(其它)表面局 部区域设有渗氮层无关地， 本发明都能实现， 只要不同表面处理的区域满足此区域中的不 同表面要求就可以。 0021 根据本发明的一个优选实施方案， 球头销的不具有表面硬化层但设有渗氮层的表 面局部区域位于铰接球上、 更确切地说设置在铰接球与轴承套的轴承接触区域中。以这种 方式， 可以使铰接球与轴承套之间的在磨损方面承受高载荷的轴承接触区域 ( 特别是在固 体摩擦占主导的较高的静态初始载荷或微运动的情况下 ) 通过渗氮层获得磨损保护和防 腐蚀保护的涂层。。

18、同时， 球头销的其余表面能够一如既往地 ( 可以局部地 ) 设有表面硬化 层， 从而同时提高了球头销的疲劳强度。 0022 根据本发明的又一优选实施方案， 铰接球在一个从球顶延伸经过赤道的局部区域 上具有渗氮层并且在必要时具有氧化层。 而在此， 铰接球的其余表面区域不具有渗氮层。 在 此优选的是， 铰接球在不具有渗氮层的表面区域中进行表面硬化处理。 0023 以这种方式能够得到这样一种球头销， 该球头销在对于磨损和 / 或腐蚀方面承受 载荷的区域(该区域包括从铰接球的背向杆部的球顶直至铰接球的赤道对面的区域)通过 渗氮处理而具有特别良好的磨损性能和良好的防腐蚀保护， 而且同时在疲劳强度方面承受。

19、 较高机械载荷的区域能够在位于铰接球和杆部之间的过渡区上获得在此有利的表面硬化 层。 0024 由此消除了现有技术中尚存的限制， 该限制指的是迄今为止在球头销上渗氮处理 和表面硬化处理的相互排斥。相应地， 使球头销的性能得到大幅度优化， 即， 使渗氮处理 ( 以及可能的氧化处理 ) 和表面硬化处理分别设置在球头销的各自特定的区域上， 在这些 区域中它们分别在磨损保护和疲劳强度方面得到最优的作用。 0025 根据本发明的另一优选实施方案， 球头销的表面硬化层的区域延伸经由颈部区 域、 密封区域以及至少部分经由球头销的杆部区域。以这种方式， 使球头销的机械载荷 ( 特 指在弯曲或交变强度方面 ) 。

20、较高的区域获得表面硬化层， 同时使铰接球的在球顶和赤道之 间的于磨损和 / 或腐蚀方面承受高负荷的区域不具有表面硬化层， 并由此能够在该位置上 获得在磨损强度和耐腐蚀方面特别需要的渗氮层 ( 以及可能的氧化层 )。 0026 而且， 球头销的螺纹区域能够以这种方式被表面硬化层排除在外， 而替代地进行 渗氮处理(和/或氧化处理)， 以由此特别在球头销螺纹的端部区域上实现提高的耐腐蚀性 能， 并且同时不会影响所需的螺纹啮合性能。 0027 在该背景下， 根据本发明的再一优选实施方案， 球头销在杆部区域的和 / 或球头 销螺纹区域的至少局部上具有渗氮层 ( 并且由此在该区域不具有表面硬化层 )。 0。

21、028 此外， 根据本发明的又一优选实施方案， 球头销可以至少局部经抛光处理和 / 或 说 明 书 CN 102996618 A 5 4/5 页 6 经调质处理。 在此， 抛光过程可以在表面硬化处理之前、 但也可以在表面硬化处理之后可选 地进行 ； 后者特别针对在经表面硬化处理的区域中对于尺寸精确性、 表面质量和 / 或强度 的要求特别高的情况。在此， 经抛光的区域可以特别地包括球头销的 ( 例如局部经渗氮处 理的 ) 整个铰接球以及颈部区域和密封区域。 附图说明 0029 接下来， 结合仅示出一个实施例的附图对本发明进行详细阐述。该唯一的附图在 此示出了 ： 0030 根据本发明的球头销的侧。

22、视图。 具体实施方式 0031 由图可以了解到， 球头销具有铰接球 1、 杆部区域 2、 颈部区域 3、 密封区域 4( 用于 与密封囊贴靠 ) 以及螺纹区域 5。 0032 这里所示的球头销在铰接球 1 的从球顶 11 延伸至经由赤道 12 的局部区域 6 中以 及在螺纹尾扣区域 7 中设有渗氮层。在此， 渗氮层在区域 6 和 7 中不仅一如既往地用于良 好的防腐保护， 而且如申请人所知的那样还特别用于防止磨损。 因此， 所示的球头销特别适 用于静态初始载荷较高的情况下， 和 / 或具有微运动的频繁的工作时间， 其中在球头销和 球形窝之间固体摩擦处于主导地位。 0033 所示的球形销的实施例。

23、还在其整个长度上或者说表面 8 上具有氧化层， 特别为氧 化铁层。该氧化层进一步改善了防腐保护， 并且根据申请人的发现， 此外还在铰接球 1 的区 域中进一步提高了在铰接球 1 与球头节的球形窝 ( 未示出 ) 之间的轴承接触区域中的耐磨 损性能。 0034 此外， 所示的球头销在区域 9( 即用点划线示出 ) 中设有表面硬化层。在该区域中 出现最大机械载荷， 通过该表面硬化层、 考虑到球头销的疲劳强度的提高而额外计算该最 大机械载荷。 0035 最后， 该所示的球头销的实施例具有抛光区域 10。通过球头销在区域 10 的抛光， 既进一步提高了耐腐蚀性以及提高了耐磨损性能和疲劳强度。 0036。

24、 因此， 根据本发明， 使球头销能够在各个具有特殊要求的区段或表面区域上具有 各自所需的性能， 由此在表面处理或实现所需外形的过程中不会产生功能上的冲突或 ( 如 现有技术那样 ) 相互之间的排斥。 0037 附图标记说明 0038 1 铰接球 0039 2 杆部区域 0040 3 颈部区域 0041 4 密封区域 0042 5 螺纹区域 0043 6 渗氮区域， 轴承接触区域 0044 7 渗氮区域 0045 8 表面， 氧化区域 说 明 书 CN 102996618 A 6 5/5 页 7 0046 9 硬化区 0047 10 抛光区域 0048 11 球顶区域 0049 12 赤道区域 说 明 书 CN 102996618 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102996618 A 8 。