CN101072705A - 车轮导向系统的万向节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车轮导向系统万向节装置，特别用于汽车的转向驱动轴。该万向节装置包括设置在车轴或车轮架上的万向节叉形端(1)和支承车轮轴承(3)的转向节(2)，其中万向节叉形端(1)和转向节(2)借助两个支承部位(4)、(5)彼此可摆动连接。本发明的万向节装置的特征在于：两个支承部位(4)、(5)中的至少一个具有环形滚子轴承。特别是通过本发明，改善了驱动转向轴的车轮导向系统和轴的几何形状。通过改进支承特性，不仅降低了车轮悬架的结构设计费用，而且减小了万向节装置所需要的结构空间。由此本发明有助于优化车轮悬架的轴运动学特性、可靠性、费用利用、少维修和改善行驶舒适性。

Description

车轮导向系统的万向节装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于车轮导向系统的万向节装置，特别用于汽车的驱动转向轴。

背景技术

上述类型的万向节装置例如用于诸如麦弗逊悬架轴、减震器支承轴或双横臂悬架轴的所谓独立车轮支架。这种类型的独立车轮支架特征在于，在车轮支架的固定的、即不转动的部分设置摆动部件例如转向节，它使得车轮进行本身的转向运动。

这种独立车轮支架特别的优点在于，在转向运动时车轮绕其摆动的转向轴以较小的主销内倾角并靠近车轮中平面设置，由此不会同时产生不希望的较大和/或正的转向半径。这会减小驱动或制动力矩的干扰影响以及由路面不平、车轮不平衡或离心力引起的对汽车转向的影响。此外，可以由此优化整个轴的几何尺寸，特别是进一步优化主销内倾、转向半径、轮距和车轮外倾以及转向主销后倾的相互作用，以便在所有行驶条件下和尽可能大的转向角范围内保证最佳汽车操控以及灵敏无反作用力转向性。

例如由专利文献US6,042,294A1和US6,010,272A1公开了这种类型的独立车轮支架。这种公开的车轮支架包括两个球窝关节、通过它们确定转向节的转向轴和摆轴。根据该专利文献的技术方案，转向节相对于设置在车轮支架上的叉形万向节装置绕由两个球窝关节确定的转向轴摆动，由此，汽车相应的车轮进行转向运动。

但是，由两个球窝关节构成的车轮导向关节必须以必要的方式由固定/浮动轴承组合实现，以便承受不可避免的制造和装配公差以及在运行时一直出现的关节和轴部件的变形。特别适合的是，这种车轮转向关节特别对于驱动轴而言必须构造成可卸下地叉形，以便能够使得车轮的驱动轴进行必要的穿过。但这种敞开的叉形结构会带来附加的弹性，一旦路面影响以及驱动力、制动力和离心力作用到车轮转向关节上，该弹性会以万向节叉形端或相应轴承架变形的形式表现出来。

但是，特别是由于在浮动轴承区域同时承受倾斜位置和承受轴向错位的必要性，固定/浮动轴承组合常常出问题。为了同时承受轴或轴线的轴向错位和倾斜位置，根据现有技术必要的是，在浮动轴承区域设置两不同的支承面区域。对此，其中一个支承面区域专门负责承受倾斜位置，而另一支承面区域专门负责承受轴向错位。

对于包括两个球窝关节的车轮导向关节的情况表明，其中一个球窝关节必须另外设置一个装置，该装置用于承受球头销和球形窝相对于关节壳的轴向位移。该承受轴向位移的装置除了在球头销和球形窝之间的球窝形支承面需要另一个基本呈棱柱形的支承面。

但是，该附加要求的支承面会使得结构费用显著增加并由此当然需要另外的结构空间，但该空间对于通常设置在轮辋内的车轮导向关节具有极其有限的尺寸可用。此外，通过还需要承受轴向位移的支承面，会在万向节装置形成额外的径向轴承间隙，这又必须采取通常很复杂的结构措施来解决。

发明内容

在这种技术背景下，本发明的目的在于提供一种可以克服所述缺陷的万向节装置。该万向节装置特别简化了用于同时承受各关节构件之间轴向位移和倾斜位置所需的结构措施。另外，该万向节装置尽可能节省空间、无间隙和无需过多维护且廉价。

本发明的目的由具有权利要求1特征的万向节装置实现。

优选的实施方式是从属权利要求的技术主题。根据本发明的万向节装置包括公知的设置在汽车轴上或车轮支架上的万向节叉形端以及承接车轮支承的转向节。万向节叉形端和转向节通过两个轴向对准的支承部位彼此可摆动地连接，由此，汽车的相应车轮获得转向运动。

根据本发明，该万向节装置的特征在于，两个支承部位中的至少一个具有环形滚子轴承，通过这两个支承部位将万向节叉形端和转向节可摆动连接。

换句话说，特别是万向节装置的浮动轴承由环形滚子轴承构成。一旦固定轴承确定地承受整个转向轴力并在万向节叉形端和转向节之间传递这些力，万向节装置的固定轴承是哪一种类型，这对于本发明的本质来说是可以不确定的。

该环形滚子轴承具有在滚动轴承领域独一无二的特性，只通过其内环、外环以及滚动体的相应自动相对运动能够承受轴向错位和角错位。在此在轴向位移情况下，不会出现通常浮动轴承中公知的摩擦力或蠕动效果，其中该轴向位移会导致滚动表面不希望的振动或加载。此外，环形滚子轴承的轴承部件的所述平衡运动与不均匀的表面压力无关，或者与滚动体区域出现的不利的侧压力无关。

由于在呈凹环状轴承环与球形滚动体之间总是均匀线接触的原因，该环形滚子轴承具有极高的承载能力。此外，由于其特殊的几何形状，与角错位或承受的轴向错位无关，该环形滚子轴承几乎没有间隙，这有助于车轮的运行平稳、转向的灵敏性和无反作用力的作用。

在用于车轮导向系统的万向节装置中作为浮动轴承使用按本发明的环形滚子轴承的主要优点在于，在车轮导向关节区域例如由于公差以及受力的作用变形在汽车行驶时出现的角错位和轴向错位能够在一个唯一的支承面结构区域承受。因此，无替代地取消了用于在浮动轴承区域承受轴向位移的此前在现有技术中所需的棱状支承面。

因此，同时也省去了与附加支承面相关的高结构费用。此外，明显节省了结构空间，由此，本发明的万向节装置能够用于小型汽车中或小内径轮辋上。特别还省去了与先前所需要的附加支承面相关的附加径向轴承间隙，这改善了相应汽车轴的运行平稳性、无需维修性和使用寿命。

万向节装置的构成固定轴承的另一支承部位的实施方式根据本发明是任意的，只要其另一支承部位能够承受和传递万向节叉形端和转向节之间的所有在转向轴方向作用的力。但是根据本发明的优选实施方式，构成固定轴承的另一支承部位由球窝关节构成。由于作为固定轴承的球窝关节不必承受轴向错位，能够设计成节省空间且坚固、无间隙并且具有较高的承载能力。

根据本发明的另一优选实施方式，环形滚子轴承设置在万向节叉形端或转向节的圆筒形凹槽中，其中该圆筒形凹槽优选在凹槽的底部区域具有环形凸缘。  这种结构的优点在于，环形滚子轴承只通过压入圆筒形凹槽形成确定的座，其中环形滚子轴承在凹槽底侧通过其底部完全与周围环境隔绝。环形凸缘用于在圆筒形凹槽内环形滚子轴承的确定轴向支承。此外，以这样的方式确保保留承受轴向错位所必要的环形滚子轴承内环和转向节轴颈端部的间隙空间。另外，该空间作为附加的储油腔用于容纳环形滚子轴承的润滑油。

为了进一步改善或提高万向节装置的舒适性和寿命，根据本发明的另一优选实施方式，在环形滚子轴承的外环与圆筒形凹槽的基本圆柱形的壁之间设置至少一弹性体。所述优选由具有相应基本呈圆形横截面的一个或多个弹性环构成的至少一个弹性体用于在转向节和万向节叉形端之间减震和脱耦。此外，这还有助于设有万向节装置的汽车轴降低其噪音并提高其舒适性。所述弹性环在此尤其可以容纳在槽中，该槽环绕地设置在轴承外环的表面上和/或圆筒形凹槽壁的内表面上。

根据本发明的另一优选实施方式，该环形滚子轴承在远离圆筒形凹槽底部的一侧由密封件覆盖，其中该密封件相对于环境条件影响封闭不仅封闭环形滚子轴承的滚动体和滚动面、还封闭轴承外环与圆筒形凹槽之间的缝隙以及轴承内环与轴颈之间的缝隙。这是有利的，因为只通过一个密封件完全保护和盖住了整个浮动轴承区域。

特别优选的是，该密封件在其内圆周区域内具有第一棱或唇以及第二棱或唇，其中该密封件通过其第一棱或密封唇径向支承在轴颈上，且通过第二棱或密封唇轴向支承在轴颈的凸缘上。这特别有效地和可靠地相对于周围环境封闭了环形滚子轴承，特别是在万向节装置工作时，在环形滚子轴承区域中在万向节叉形端和转向节之间出现轴向位移的情况下。

附图说明

下面参照示出唯一实施例的附图进一步描述本发明。其中：

图1示出了本发明万向节装置的一种实施方式的侧视局部截面图。

具体实施方式

图1示出了本发明万向节装置的实施方式沿所属汽车行驶方向的视图。仅仅示意性示出的装置包括万向节叉形端1和转向节2，其中该装置既没有按比例示出也没有按等角示出。该万向节叉形端1在相对图示的左侧例如与未示出的减震支柱连接，而转向节2在图示的右侧在3处具有同样未示出的转向轮轴承。万向节叉形端1和转向节2具有两个共同的支承部位4和5，其中这两个支承部位中的其中一个是球窝关节4，而另一支承部位具有滚动轴承5。

该滚动轴承5是环形滚子轴承，如上所述，它不仅允许在其外环6和其内环7之间存在一定的角错位，而且能够无问题且无反作用力地承受内环7相对于外环6的轴向位移。

而球窝关节4形成所示固定/浮动轴承组合的固定轴承，且负责承受和传递转向节2与万向节叉形端1之间的在转向轴方向作用的力。

在汽车行驶时，在车轮和轴区域会出现很大的力和弯矩，它们还由汽车的驱动力引起、由弯道行驶时的离心力产生、由制动时的制动力矩引起或由路面不平度的作用而产生。

这些力和弯矩必定由转向节2承受且传递到万向节叉形端1上。对此在转向节2本身以及在万向节叉形端1中产生很明显的弹性变形。这导致轴向轴8的弯曲、导致两支承部位4、5的偏移或偏心以及万向节叉形端1的弹性提升，其中特别是由于万向节叉形端1的弹性提升增大了两个支承部位4、5的距离。

此外，也可能产生不可避免的构件误差以及在装配万向节装置时产生的附加误差，所有这些错位、变形和偏移毫无问题地由万向节装置的由环状滚子轴承构成的浮动轴承5承受，而不会由此产生对轴承部件额外加载和减小其使用寿命的不利反作用力或侧压力。

由图1还可以看出，该浮动轴承5由环形滚子轴承构成还特别节省空间。特别是与现有的成本高的具有轴向补偿的球窝关节相比，由此可以明显节省结构空间。这使得本发明的万向节装置还可以用在小型汽车上或小直径轮辋上。

本发明尽可能缩小了浮动轴承的尺寸，这与环形滚子轴承具有很高的承载能力以及由此比较小地设计有关。另外，由于在环形滚子轴承的一个和同一轴承支持面结构中不仅能够承受角错位、而且能够承受轴向错位，其结构空间比现有的必要的专用球窝关节要小。环形滚子轴承设置在万向节叉形端1的圆柱-圆筒形凹槽9中有助于节省结构空间。特别是这种结构具有高刚度的优点，并还完全盖住环形滚子轴承的远离轴颈的图示下侧面，使得在这一侧面上不需要采用进一步的密封措施。

由图1还可以看出，在环形滚子轴承的外环6与圆筒形凹槽9的圆柱形壁之间可以设置弹性件10，例如一个或多个弹性环10。这样，该弹性件10还改善了转向节2与万向节叉形端1之间的振动解耦，并由此保证更好的力峰值弹簧缓冲作用。此外，能够以此方式减小或抑制经车轮悬架的关节件传递的固体声形式的滚动噪音。

最后，由图1还可以看出密封件11的类型和结构，它覆盖了浮动轴承5的整个转向节侧的轴承区域。所示的密封件11特别适合的是，以这种方式只通过一个密封件11不仅完全保护了环形滚子轴承的滚动面和滚动体，而且完全保护了在圆筒形凹槽9中或转向节2的轴颈14上位于环形滚子轴承的轴承环6、7与轴承环6、7相应压合座之间的易腐蚀的缝隙12、13。

该密封件11在此在转向节轴颈14的区域中不仅径向在12处支承在轴颈14上，而且轴向在15处支承在轴颈14凸缘上。这一方面起到特别可靠的密封作用，另一方面确保在任何工作条件下，特别是在转向轴8弯曲时和/或在轴颈14与万向节叉形端2之间轴向位移时，密封件11可靠抵靠在相应的密封面12、13、15上。

因此，结果明显的是，由于本发明，明显简化和改进了车轮悬架特别是汽车的转向驱动轴的万向节装置的结构。对此，既降低了这种万向节装置的设计费用，又节省了所需的结构空间，其中本发明的万向节装置还提供了明显改善的使用寿命、降低了维修需求以及改善了舒适性。除了本发明可能实现的改进，根据本发明，同时还节省了车轮悬架和轴系统的设计、制造和工作的费用。

因此，本发明有助于改善车轮导向系统和优化了轴运动学特性，这有助于汽车车轮悬架的可靠性、费用利用、少维修和行驶舒适性。

附图标记列表

1    万向节叉形端

2    转向节

3    车轮轴承

4    球窝关节

5    滚动轴承

6    外环

7    内环

8    转向轴

9    凹槽

10   弹性件

11   密封件

12   密封面

13   密封面

14   轴颈

15   轴颈凸缘

Claims (8)

1、一种车轮导向系统的万向节装置，特别用于汽车的驱动轴，该万向节装置包括设置在车轴或车轮支架上的万向节叉形端(1)和支承车轮轴承(3)的转向节(2)，其中万向节叉形端(1)和转向节(2)借助两个轴向对准的支承部位(4)、(5)彼此可摆动连接，其特征在于：所述两个支承部位(4)、(5)中的至少一个具有环形滚子轴承。

2.如权利要求1的万向节装置，其特征在于：所述两个支承部位中的一个具有球窝关节(4)。

3.如权利要求1或2的万向节装置，其特征在于：所述形状滚子轴承设置在万向节叉形端(1)或转向节(2)的圆筒形凹槽(9)中。

4、如权利要求3的万向节装置，其特征在于：所述万向节叉形端(1)或转向节(2)的圆筒形凹槽(9)在凹槽(9)的底部区域具有环形凸缘。

5、如权利要求1-4之一的万向节装置，其特征在于：在环形滚子轴承(6)的外环与圆筒形凹槽(9)的基本呈圆柱形的壁之间设置至少一个弹性体(10)。

6、如权利要求5的万向节装置，其特征在于：所述弹性体(10)是具有基本呈圆形横截面的环。

7、如权利要求1-6之一的万向节装置，其特征在于：所述环形滚子轴承在远离圆筒形凹槽(9)底部的一侧由密封件(11)覆盖，其中该密封件(11)相对于环境条件影响不仅封闭环形滚子轴承的滚动体、而且还封闭轴承外环(6)与圆筒形凹槽(9)之间的缝隙(13)以及轴承内环(7)与轴颈(14)之间的缝隙。

8、如权利要求7的万向节装置，其特征在于：所述密封件(11)在其内圆周(12)区域内具有第一棱或唇以及第二棱或唇(15)，其中该密封件(11)通过其第一棱径向支承在轴颈(14)上，且通过第二棱(15)轴向支承在轴颈(14)的凸缘上。

Images