CN100564933C

CN100564933C - 旋转轴装置

Info

Publication number: CN100564933C
Application number: CNB2006800049100A
Authority: CN
Inventors: 上野弘; 山川和芳
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: CN101120185A; KR20070112771A; US20080115620A1; JP2006226400A; EP1862695A4; WO2006088144A1; EP1862695A1

Abstract

本发明提供一种旋转轴装置，具备：旋转轴(1)、可以旋转地支承该旋转轴(1)的滚动轴承(3)的旋转轴装置。通过将旋转轴(1)设为空心形状，并在该旋转轴(1)的空心部(24)中设置由与旋转轴(1)不同的材质制成的异种构件(25)，可以降低轴承的摩擦阻力而实现低转矩化，可以抑制因使用滚动轴承而造成的振动、噪音。

Description

旋转轴装置

技术领域

本发明涉及一种利用轴承来支承旋转轴的旋转轴装置。

背景技术

在被作为可以旋转地支承直线状的旋转轴的轴承而已知的轴承中，有滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承，尽管其内周面借助油膜与旋转轴的外周面滑动接触，但与旋转轴之间的摩擦阻力要大于滚动轴承的情况。

所以，在减小与旋转轴之间的摩擦阻力而降低旋转的旋转轴的摩擦损耗方面理想的装置中，提出过将以往设为滑动轴承的装置设为滚动轴承的构成。作为将支承旋转轴的轴承全都设为滑动轴承的装置，例如有日本专利特开平8-218817号公报中所记载的凸轮轴装置，在将支承此种凸轮轴的轴承设为滚动轴承的装置中，有日本专利实开平5-6104号公报中所记载的装置。

在采用了滚动轴承来减少旋转的旋转轴和与该旋转轴滑动接触的支承构件之间的摩擦阻力的情况下，因滚动体在滚道面上滚动，而具有振动、噪音要大于滑动轴承的情况的问题。

发明内容

所以，本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于，提供可以抑制因使用滚动轴承而造成的振动、噪音的旋转轴装置。

为了达成所述目的，本发明的旋转轴装置是具备了旋转轴、可以旋转地支承该旋转轴的滚动轴承的旋转轴装置，其特征是，所述旋转轴被设为空心形状，在该旋转轴的空心部中设有由与该旋转轴不同的材质构成的异种构件。

根据此种构成，通过在旋转轴的空心部设置异种构件，就可以将因滚动轴承的滚动体在滚道面上滚动而造成的振动利用旋转轴与异种构件迅速地会聚、衰减，可以抑制振动及由其引起的噪音。

另外，通过利用滚动轴承来支承旋转轴，就可以减小轴承的摩擦阻力而减少旋转之时的摩擦损耗。特别是可以减小旋转起动时、低速旋转时的摩擦阻力。

另外，所述异种构件被设于所述旋转轴的安装有所述滚动轴承的部分的空心部中。这样，由于在旋转轴中在滚动轴承的正下方(滚动轴承的靠近内方)存在异种构件，因此可以更为有效地抑制振动、噪音。

另外，优选为在所述旋转轴的外周面，形成所述滚动轴承的内圈滚道槽。这样，可以将旋转轴作为滚动轴承的内圈，从而能够消减部件数目，并且可以增大负载容量。

另外，所述滚动轴承优选被设为深槽球轴承。这样，即使旋转轴产生挠曲，或在轴承部中产生挠曲角，在作为滚动轴承的滚动体的球与被设为曲面的滚道面之间也具有追随性。另外，在轴承中可以承受作用于旋转轴的轴向负载。也就是，可以不用另外地使用承受轴向负载的构件，而限制旋转轴的轴向的位移、移动。

另外，在所述旋转轴上，以外嵌状安装有被设为与该旋转轴分体的凸轮，所述滚动轴承具有由环状的一体物构成的套圈，被以外嵌状安装于所述旋转轴上。根据该构成，通过将凸轮设为与旋转轴分体，就可以在将滚动轴承安装于旋转轴上后在其附近安装凸轮。此外，为了进行滚动轴承及凸轮的安装，可以将旋转轴设为插入状地使滚动轴承及凸轮从旋转轴的端部分别移动至规定位置。

所以，例如可以在一对凸轮之间，设置具有由设为比凸轮的最大外径更小的内径的环状的一体物构成的套圈的滚动轴承。

此外，在滚动轴承中，不会有在滚道面上产生连接点的情况。而且，当套圈被设为分割构造而在滚道面上存在连接点时，则在滚动轴承的滚动体通过该连接点时就会产生振动或噪音，使轴承的寿命降低。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的旋转轴装置的局部剖视的侧视图。

图2是表示图1的要部的剖视图。

图3是旋转轴装置所具备的滚动轴承的剖视图。

图4是表示以往的旋转轴装置的剖视图。

具体实施方式

作为使直线状的旋转轴可以旋转的旋转轴装置，有具备了旋转轴、可以旋转地支承该旋转轴的滚动轴承的装置。滚动轴承，在旋转轴上形成外嵌状，并被安装于旋转轴的轴向规定位置上。此外，滚动轴承在其外圈的外周面侧，被固定于例如构成旋转轴的收容室的外壳(housing)等固定侧构件上。

作为使用有此种旋转轴装置的具体的装置，例如有汽车用的发动机的进排气阀的作动用的凸轮轴装置。以下，对本发明采用如图1所示的、使具有凸轮2的旋转轴1可以旋转的凸轮轴装置进行说明。

图2是表示图1的要部的剖视图，该凸轮轴装置具备直线状的旋转轴1、与该旋转轴1为分体并以外嵌状安装于旋转轴1上的多个椭圆形的凸轮2、可以旋转地支承旋转轴1的多个滚动轴承3。此外，在旋转轴1上，凸轮2及滚动轴承3被配设于旋转轴1的轴向的规定位置上。另外，在以一对被设为一组的凸轮2之间，设有一个滚动轴承3。

该装置的旋转轴1并非像图4所示的以往例那样，利用铸造将旋转轴本体部44和凸轮部43制成一体化构造的凸轮轴，而是如图1和图2所示那样，在将旋转轴1和凸轮2分别作为分体制作后再组装成凸轮轴的组装构造。也就是说，旋转轴1是直线状的构件，在凸轮2上，形成有用于在旋转轴1上形成外嵌状的贯穿孔10。这样，该凸轮2就可以从旋转轴1的端部呈外嵌状地沿着旋转轴1在轴向移动，并被安装于旋转轴1的轴向规定的位置(凸轮安装部14)。

另外，滚动轴承3被作为外嵌状安装于旋转轴1上而对旋转轴1可以旋转地支承，并被设为深槽球轴承。该滚动轴承3如图2和图3所示，在旋转轴1的外周面1a上形成有滚动轴承3的内圈滚道6，在旋转轴1的径向外方设有外圈5。此外，在形成于该旋转轴1上的滚道6与形成于外圈5上的滚道槽12之间，夹隔有多个由球7构成的滚动体。这些球7由保持器13保持。

此外，该滚动轴承3的套圈是由环状的一体物(单体构造)构成，而不是被设成分割构造的构件。也就是说，外圈5是由环状的一体物构成，而不是被设成分割构造的构件。这样，就不会在滚道面上产生连接点。

此外，通过将凸轮2与旋转轴1设为分立体，就可以将此种滚动轴承3设于旋转轴1的途中部，例如在一对凸轮2之间。也就是说，在一对凸轮2之间设置该滚动轴承3的情况下，使第一个凸轮2从旋转轴1的端部外嵌地安装于规定的凸轮安装部14上，并在使第二个凸轮2外嵌地安装在旋转轴1上之前，将旋转轴1以插入状地使该滚动轴承3从旋转轴1的端部开始，沿着旋转轴1在轴向上移动，安装于旋转轴1的轴向规定的位置(滚动轴承安装部15)。其后，只要将第二个凸轮2从旋转轴1的端部开始外嵌地安装于其上即可。

旋转轴1是横截面被制成圆环状的筒构件，形成空心形状。此外，在该旋转轴1的空心部24中设有异种构件25。异种构件25由与旋转轴1不同的材质制成。也就是说，异种构件25被设为与旋转轴1为不同的材料或不同的密度等的构件。

作为异种构件25的具体例，可以设为黄铜、青铜、软钢、铝合金等金属制；或树脂制、橡胶制、陶瓷制。该情况下，只要制作这些材质的棒状构件，并将其插入旋转轴1的空心部24中即可。此后，使由棒状构件制成的异种构件25的外周面与旋转轴1的内周面密接地嵌合。也就是说，异种构件25成为空心的旋转轴1的芯构件。这样，就可以使在滚动轴承3中产生的振动迅速地会聚、衰减，可以抑制振动及由其造成的噪音。

另外，除了此种由固体构成的棒状构件以外，作为异种构件25也可以是油(oil)等液体、凝胶等半固化的材料，这样也能够用以吸收振动。该情况下，只要在筒状的旋转轴1中填充异种构件25，再将旋转轴1的端部利用塞子构件18密封即可。

而且，塞子构件18除了在采用了此种由液体或半固化的材料制成的异种构件25的情况以外，在采用了由所述棒状构件制成的异种构件25的情况下，也可以为了将轴杆1的端部堵塞而设置。

图2中所示的塞子构件18具有与形成于旋转轴1的端部的螺纹孔27螺合的外螺纹部28。另外，如图1所示，在其相反一侧的端部，塞子构件18被制成比旋转轴1直径更小的轴构件26，轴构件26被插入空心部24的端部而将旋转轴1的另一个端部堵塞。而且，这些塞子构件18(轴构件26)向旋转轴1上的固定也可以是螺纹式、压入式以外的方式。

该轴构件26被与旋转轴1呈同心状地固定，在轴构件26上，安装有用于旋转旋转轴1的滑轮9、在滑轮9的附近支承的圆柱滚子轴承11。虽然在滑轮9上作用有径向的很大的皮带载荷，但是通过使用负载容量大的圆柱滚子轴承11，就可以稳定地支承轴构件26及旋转轴1。

另外，当对该异种构件25的旋转轴1的轴向的位置进行说明时，则优选为将异种构件25至少设于旋转轴1当中的安装有滚动轴承3的部分的空心部24。也就是配置为，在成为细长的圆柱状的空心部24当中，在旋转轴1的外周面1a中形成有滚动轴承3用的内圈滚道槽6的部分的靠近内径侧的部分(正下方的部分)，存在异种构件25。这样，就可以有效地抑制振动、噪音。

具体来说，如图1所示，遍及除去旋转轴1的两个端部的近乎全长地插入由一根棒状构件制成的异种构件25。也就是，在旋转轴1的轴向上从一个端部侧开始连续地设置异种构件25直至另一个端部侧。另外，虽然未图示，但是也可以仅在与安装有滚动轴承3的部分对应的空心部24中设置异种构件25。也就是，也可以在旋转轴1的轴向上间断地设置异种构件25。

由于在旋转轴1的外周面1a上形成有滚动轴承3的内圈滚道槽6，因此可以将旋转轴1的材质设为以往所知的轴承钢、套圈中所用的其它的材质。

而且，如果将异种构件25设为比旋转轴1密度更小的材质，则可以实现旋转轴1的轻型化，并且可以增大旋转轴1的绕其中心轴的惯性矩，旋转轴1可以获得稳定的旋转。

另外，当对安装于旋转轴1上的凸轮2进行说明时，则凸轮2虽然也可以使用未图示的楔构件等而构成为与旋转轴1一体旋转，但是优选为在凸轮2的贯穿孔10中具有过盈量地嵌合固定在旋转轴1上。所以，只要将凸轮2利用例如热压配合而安装于旋转轴1上即可。这样，凸轮2的安装可以成为简单且牢固的安装，不需要额外的固定构件，可以消减部件数目。

当对旋转轴1进行进一步说明时，则旋转轴1被作为如下的直线状构成，即，可以通过使凸轮2及滚动轴承3从端部开始在轴向上移动而分别安装于规定的位置。也就是说，为了使凸轮2及滚动轴承3从旋转轴1的端部开始分别轴向移动至规定的位置，将旋转轴1如下构成，即，将凸轮安装部14和滚动轴承安装部15设为相同外径，并且在这些部分具有达到最大外径的圆环截面。具体来说，如图2所示，全部的凸轮安装部14的外径D1、全部的滚动轴承安装部15的外径D2被设为相同的值。而且，在滚动轴承安装部15中形成有滚道槽6，因而滚动轴承安装部15的外径D2被设为肩部的直径。

这样，就能够对旋转轴1的凸轮安装部14及滚动轴承安装部15进行无心加工(无心研磨)，可以简单并且低成本地制造高精度的旋转轴1。

而且，虽然旋转轴1也可以遍及全长地被设为相同的直径而制成形成轴向均匀的圆环状的截面的(即，遍及全长地在外周面1a上没有阶梯的)直线状，然而也可以将设为相同外径的全部凸轮安装部14和全部滚动轴承安装部15设为最大直径，在其它部分具有设为比其略小的直径的部分而制成带有小阶梯的直线状。

另外，如图3所示，在滚动轴承3的外圈5的外周面5a上，安装有具有弹性的环构件8。环构件8被安装在形成于外圈5的外周面5a上的圆周状的凹槽16中。环构件8可以设为例如树脂制或橡胶制。就该环构件8而言，可以抑制支承旋转轴1的滚动轴承3的振动、噪音。另外，对于因在设置了该装置的发动机的外壳上产生温差，并在外壳侧的轴承安装部17与滚动轴承3之间产生的径向的膨胀差所造成的间隙或应力也可以进行抑制。另外，虽然环构件8被沿轴向并列地设置了2条，但是既可以设为1条，也可以设为3条以上。

根据如上所述的本实施方式，通过在旋转轴1的空心部24中设置异种构件25，就可以使因滚动轴承3的球7在滚道槽6、12上滚动而造成的振动在旋转轴1上迅速地会聚、衰减，在发动机中所用的凸轮2用的旋转轴装置中，可以抑制令人不快的振动、噪音。

此外，通过将支承旋转轴1的轴承全部设为滚动轴承3(深槽球轴承及圆柱滚子轴承11)，可以减小特别在旋转起动时、低速旋转时的摩擦阻力，在旋转轴装置整体上可以大幅度减少旋转时的摩擦损耗。所以，通过在汽车的发动机中使用该旋转轴装置，可以进一步有助于发动机的油耗改善。

另外，通过将全部的凸轮2与旋转轴1设为分体，则可以在旋转轴1上安装滚动轴承3后安装凸轮2。这样，在进行该安装时，就可以将由环状的一体物构成的外圈5从旋转轴1的端部开始，将旋转轴1设为插入状地移动至规定位置而安装。也就是说，不需要将滚动轴承3的外圈5设为分割构造，不会在外圈滚道槽12中产生连接点。

而且，以往，为了将具有由环状的一体物构成的外圈的滚动轴承在如图4所示的被与凸轮一体化形成的旋转轴上，从旋转轴的端部开始移动而安装，虽然未图示，但是在旋转轴上需要比凸轮直径更大的轴承安装用的凸缘部。这样，就会具有以轴为中心的径向的尺寸变大的问题。但是，本发明中由于可以不需要此种大径的凸缘部，因此在收容旋转轴1的发动机的外壳中，可以缩小以旋转轴1为中心的径向尺寸。

另外，通过将在凸轮2的附近支承旋转轴1的滚动轴承3设为深槽球轴承，可以起到如下的作用效果。在旋转轴1上设有多个凸轮2，在发动机的进排气用阀动作时在这些凸轮2上作用有负载，在旋转轴1上产生周期性的起伏(振动)。但是，利用被设为曲面的滚道面和与之接触的球7，可以避让轴1的由起伏造成的位移。

另外，可以利用滚动轴承3来承受作用于旋转轴1的轴向载荷，可以限制旋转轴1的轴向的位移。所以，虽然在图4所示的以往的利用滑动轴承的装置中，在旋转轴上设置轴向限制用的凸缘部45，利用形成于发动机的外壳侧的内凸缘部(未图示)来夹持该凸缘部45，限制旋转轴的轴向的移动，然而可以不需要该凸缘部45。此外，虽然以往的该凸缘部45与外壳侧的内凸缘部会产生由滑动接触造成的摩擦，在旋转时造成摩擦损耗，然而通过使用球轴承，就可以消除由此种摩擦造成的损耗。

另外，本发明的旋转轴装置并不限于图示的方式，在本发明的范围内也可以是其它的方式的装置，在图1和图3中虽然将凸轮2设为8个，将滚动轴承3设为4个，但是它们的配置、数量并不受此限制，可以自由变更。另外，在图1和图2所示的旋转轴装置中，以旋转轴1自身作为内圈，消减了部件数目，并且增大了负载容量。另外，除此以外，虽然未图示，但是也可以使滚动轴承3具有与旋转轴1分体的内圈。该情况下，内圈由环状的一体物构成，被作为外嵌状安装于旋转轴1上。

Claims

1.一种旋转轴装置，其特征在于，具备：旋转轴，被设为空心形状，在其空心部中设有由与该旋转轴不同的材质构成的异种构件；滚动轴承，可以旋转地支承该旋转轴，

在所述旋转轴的外周面上，形成有所述滚动轴承的内圈滚道槽，

所述滚动轴承具有由环状的一体物构成的外圈，

在所述滚动轴承的轴方向两侧，具有与所述旋转轴分体且以外嵌状安装在所述旋转轴上的多个凸轮。

2.根据权利要求1所述的旋转轴装置，其特征在于，在所述外圈的外周面形成有圆周状的凹槽，该凹槽中装有具有弹性的环构件。

3.根据权利要求1或2所述的旋转轴装置，其特征在于，所述异种构件被设于所述旋转轴的安装有所述滚动轴承的部分的空心部中。

4.根据权利要求1或2所述的旋转轴装置，其特征在于，所述滚动轴承被设为深槽球轴承。

5.根据权利要求3所述的旋转轴装置，其特征在于，所述滚动轴承被设为深槽球轴承。