CN101918725B - 凸轮轴辊子轴承定位装置 - Google Patents

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Abstract

一种辊子轴承组件，包括多个辊子(122)；套圈(114)，所述套圈包括多个用于定位所述多个辊子的狭槽(118)；外座圈(134)，所述外座圈径向定位在所述多个辊子和所述套圈外侧；和用于保持所述套圈和所述外座圈之间轴向对齐关系的装置(126、130、138)，所述装置与所述套圈和所述外座圈至少其中之一整体形成。

Description

凸轮轴辊子轴承定位装置
相关申请交叉引用
本发明要求2007年10月3日提交的美国临时专利申请No.60/977,11优先权，该在先申请通过引用全文包含在本说明书中。
技术领域
本发明涉及辊子轴承，这种轴承可以用来支撑内燃机的凸轮轴围绕轴线旋转。更具体地说，本发明涉及保持辊子轴承主动轴向定位的装置及其部件。
附图说明
图1是现有技术中用于凸轮轴的辊子轴承组件的透视图；
图2是现有技术中辊子轴承组件的截面图，沿着图1中的线2-2剖开，示出了处于不对齐位置的辊子轴承；
图3是本发明一种实施方式的滚针轴承套圈的透视图；
图4A是滚针轴承组件的透视图，包括如图3所示并与外座圈组装的滚针轴承套圈；
图4B是滚针轴承组件的剖面图，沿着图4A中的线4-4剖开；
图5是如图4A和4B所示并组装在凸轮轴上的滚针轴承组件剖面图；
图6A是本发明一种实施方式的滚针轴承组件的透视图；
图6B是滚针轴承组件的剖面图，沿着图6A中的线6-6剖开；
图7是本发明一种实施方式的滚针轴承组件的端视图；
图8A是本发明一种实施方式的滚针轴承套圈的透视图；
图8B是图8A所示滚针轴承套圈的替代透视图；
图9A是根据本发明一种实施方式、组装在凸轮轴上的滚针轴承组件的透视图，所述凸轮轴在凸轮凸耳之间具有较大轴向间隔；
图9B是滚针轴承组件和凸轮轴的剖视图，沿着图9A中的线9-9剖开；
图10A是组装在凸轮轴上的本发明一种实施方式的滚针轴承组件的透视图；
图10B是滚针轴承组件的剖面图，沿着图10A中的线10-10剖开。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应该理解本发明的应用并不限于以下说明内容和附图所示的部件结构和布置细节。本发明可以有其他实施方式并且能以各种方式实践或实施。同时，应该理解文中所用词汇和术语是为了解说的目的并不应该当作限制。文中“包括”、“包含”或“具有”及其变形的用法指的是包含其后所列的要素及其等同物以及附加要素。除非具体指明或者以其他方式进行限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变形为宽泛地使用，并包括直接或间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”并不限于物理或机械连接或耦接。
图1和2示出了将凸轮轴24支撑在凸轮轴24的两个轴向相邻凸耳28、30之间的现有滚针轴承组件20。滚针轴承组件20包括套圈34、外座圈38和多个滚针元件40。通常，也可以设置内座圈，以便滚针元件40不会直接接触凸轮轴24。在图1和中，滚针轴承组件20保持在两件式夹板状挡块42内。挡块42将滚针轴承组件20保持在预定位置，与凸轮轴24同轴，以便滚针轴承组件20为凸轮轴24在(例如，内燃机缸体头部内)其位置上旋转提供低摩擦约束机构。
在图1和2所示布置中，外座圈38夹在挡块42内，不能随凸轮轴24旋转。滚针元件40接触凸轮轴24的外表面(在不设置单独的内座圈时，如图所示)并与其形成滚动接合。现有外座圈38为简单柱状形式，因此可以相对于滚针元件40以及套圈34轴向自由移动。挡块42夹紧外座圈38，对外座圈38轴向运动带来一些阻力，但是尚不能阻止这种固有运动，并且将滚针轴承组件20初始安装在挡块42的过程复杂，因为缺乏用来将滚针轴承组件20相对于挡块42主动轴向定位的内在装置。图2示出了这样的情形，其中套圈34基本上夹置在相邻的凸耳28、30之间，但是外座圈38与挡块42以及滚针轴承组件20的剩余部分轴向不对齐。
图3示出了符合本发明一种实施方式的滚针轴承组件特别是滚针轴承组件60(图4A-5)的套圈64。套圈64包括多个狭槽68，所述狭槽配置成接收单个辊子，诸如滚针元件72。套圈64每一端包括轮缘部分76a，所述轮缘部分轴向超出狭槽68端部。每个轮缘部分76包括至少一个径向凸起80。在所示实施方式中，每个轮缘部分76包括3个圆周隔开的径向凸起80。滚针轴承组件60还包括外座圈84，所述外座圈径向定位在滚针元件72外侧，并在套圈64各轮缘部分76的径向凸起80之间轴向居中。
图5示出了组装在凸轮轴90上位于凸轮轴90两个相邻凸轮凸耳94、96之间的滚针轴承组件60。滚针轴承组件60保持在两件式夹板状挡块100内。外座圈84的外表面保持在挡块100内并且相对于其保持静止。滚针元件72直接接触凸轮轴90的柱状外表面，但是在一些实施方式中，可以在滚针元件72和凸轮轴90之间设置内座圈。如图5所示，套圈64轮缘部分76上的径向凸起80防止外座圈84发生轴向位移。因此，外座圈84无法相对于滚针元件72和套圈64轴向滑动。图5所示的安装布置使得轴承组件60可以预先组装在凸轮轴90上，以便外座圈84自动位于期望位置，接收在挡块100内，在组装过程中免于组装工人或机器将外座圈84相对于挡块100定位。
图6A和6B示出了根据本发明一种实施方式的辊子轴承组件，特别是包括套圈114的滚针轴承组件110。套圈114包括多个狭槽118，所述狭槽配置成接收单个辊子，诸如滚针元件122。套圈14每一端包括轮缘部分126，所述轮缘部分轴向超出狭槽118端部。每个轮缘部分126包括至少一个径向凸起130。在所示实施方式中，每个轮缘部分126包括两个圆周隔开的径向凸起130。在图6A和6B所示实施方式中，径向凸起130由轮缘部分126从套圈114柱状壁向外径向弯曲或延伸的切开节段形成。滚针轴承元件110还包括外座圈134，所述外座圈定位在滚针元件122径向外侧，并且在套圈114各轮缘部分126的径向凸起130之间轴向居中。
外座圈134一端包括径向向内的凸起138，所述凸起138围绕外座圈134的整个圆周延伸。径向向内的凸起138延伸经过每个滚针元件122的至少一部分，如图6B中轴承组件110右侧所示。套圈114的径向凸起130径向向外延伸，与外座圈134的向内凸起138径向对齐。因此，外座圈134由向内凸起138轴向定位，该向内凸起138夹置在滚针元件122和套圈114的径向凸起130之间。外座圈134的向内凸起138以及套圈114的径向凸起130提供了这样一种机构，在安装过程中，利用该机构容易控制滚针轴承组件110的轴向对齐关系。类似于图4A-5所示的轴承组件60，图6A和6B所示轴承组件110允许组装到凸轮轴上，以便外座圈134自动位于进行支撑的正确轴向位置，免于在组装过程中让组装工人或机器将外座圈134相对于支撑结构(例如，夹板式挡块)定位。
图7是根据本发明一种实施方式的辊子轴承组件端视图，特别是包括套圈154的滚针轴承组件150。套圈154包括多个狭槽(未示出)，所述狭槽配置成接收单个辊子，诸如滚针元件158，为凸轮轴162提供滚动轴承支撑。滚针轴承组件150还包括位于滚针元件158径向外侧的外座圈166。外座圈166包含滚针元件158，并提供元件158可以在其上滚动的表面。两件式夹板状挡块170通过接触外座圈166的外表面而保持滚针轴承组件150。挡块170可以轴向定位在凸轮轴162的两个相邻凸轮凸耳174之间，图7中示出了一个凸耳。
图7所示的套圈154一般为卵形或椭圆形，而不是圆形。但是，外座圈166和凸轮轴162基本上为圆形，以便套圈154不会与外座圈166和凸轮轴162符合单一共同轴线。在套圈154的两个圆周相对侧部，在套圈154的外边缘和外座圈166的内边缘之间形成径向间隙A。这种定位表示穿过套圈154的最小距离。在套圈154的两个不同圆周相对侧部，在套圈154的内边缘和凸轮轴162的外表面之间形成径向间隙B。这种表示穿过套圈154的最大距离的定位，与限定间隙A的位置隔开大约90度。由于套圈154并非圆形，所以通过与外座圈166和凸轮轴162至少其中之一进行干涉配合来防止轴向不对齐。在套圈154和外座圈166之间建立干涉配合时，图7所示轴承组件150可以预先组装在凸轮轴162上，以便外座圈166自动定位在进行支撑的正确轴向位置，免于组装过程中让组装工人或机器将外座圈166相对于挡块170定位。
图8A和8B示出了符合本发明一种实施方式的用于辊子轴承组件特别是滚针轴承组件(未示出)的套圈180。套圈180基本上类似图3-5所示的套圈64。套圈180包括多个狭槽184，用来保持单个辊子，诸如滚针元件(未示出)。套圈180还包括两个轮缘部分188，每个轮缘部分包括一个或多个径向凸起192，(类似于以上参照图3-5所示套圈64所述的径向凸起80)，在预先组装到凸轮轴时，所述径向凸起192能将外座圈相对于支撑件精确自动定位。除了径向凸起192之外，套圈180包括从其中一个轮缘部分188向外径向延伸的弹簧部分196。套圈180包括两个圆周隔开的弹簧部分196，但是也考虑了其他布置形式。套圈180进一步包括磨耗部分200，所述磨耗部分呈短柱或隆起形式，位于轮缘部分188的轴向表面上，相对着弹簧部分196。磨耗部分200在图8A中示出包括3个圆周隔开的圆形短柱，但是也考虑了使用其他结构和布置形式。磨耗部分200以这样的材料构成，所述材料配置成因与相邻结构诸如凸轮凸耳的侧面发生摩擦接合而磨损掉。
虽然图8A和8B中的套圈180包括位于一端的弹簧部分196和位于相对一端的磨耗部分200，但是可以预见其他配置在两端都包括弹簧部分196，或者在两端都包括磨耗部分200。弹簧部分196能让套圈180以存在微量轴向干涉的形式压力配合在一对凸轮凸耳之间。磨耗部分200配置成随着凸轮轴旋转而磨薄，直到干涉部分完全消失或者几乎消失，和/或形成少量轴向间隙。这样防止了因套圈180轴向抵靠相邻凸轮凸耳侧面而对凸轮旋转产生不适当的阻力。因此，减少了设计并制造具有精确轴向误差的部件所花费的努力。弹簧部分196可以由类似于隆起200的材料制造，或者不用这种材料制造，以便它们也可以配置成因摩擦接触而磨薄，从而减少轴向干涉以及对凸轮轴的阻力。
图9A和9B示出了辊子轴承组件，特别是利用两件式夹板状挡块218组装在凸轮轴214上的滚针轴承组件210。滚针轴承组件210支撑凸轮轴214在凸轮轴214的两个相邻凸耳222、224之间旋转。滚针轴承组件210包括套圈228、多个辊子诸如滚针元件232；和外座圈236。正如以上针对前述实施方式讨论的内容，可以在一些实施方式中额外提供内座圈。
套圈228包括狭槽来定位每个滚针元件232。套圈223类似于图3-5所示的套圈64，也包括将套圈228相对于外座圈236轴向定位的径向凸起240。因此，图9A和9B所示轴承组件210可以预先组装在凸轮轴214上，以便外座圈236相对于挡块218自动定位在正确轴向位置，免于在组装过程中让组装工人或机器将外座圈236相对于挡块218定位。套圈228与图3-5所示套圈64不同之处在于，具有加长的轴向长度，以便套圈228基本上填充相邻凸轮凸耳222、224之间的空间。因此，套圈228的轴向运动因存在凸轮凸耳222、224而受到约束，并且因存在套圈228的径向凸起240而抑制了外座圈236轴向运动。因此，在使用过程中，不会出现轴向不对齐状况，并且因提供固有机构而简化了滚针轴承组件210的组装过程，利用套圈228和外座圈236可以将所述固有机构相对于彼此轴向定位。
图10A和10B示出了辊子轴承组件，特别是利用两件式夹板状挡块268组装在凸轮轴264上的滚针轴承组件260。滚针轴承组件260将凸轮轴264支撑在凸轮轴264的两个相邻凸轮凸耳272、274之间旋转。滚针轴承组件260包括套圈278、多个辊子诸如滚针元件282；和外座圈286。正如以上针对前述实施方式讨论的内容，在一些实施方式中可以额外设置内座圈。
套圈278包括狭槽来定位每个滚针元件282。套圈278类似于图9A和9B所示套圈228，具有加长的轴向长度，以便套圈278基本上填充相邻凸轮凸耳272、274之间的空间。因此，因存在凸轮凸耳272、274而抑制了套圈278的轴向运动。与在套圈278和外座圈286之间提供防止相对轴向运动的直接结构不同，外座圈286借助每一端的周边壁290轴向定位，所述周边壁从外座圈286的轴向端面径向延伸，并接合挡块268。因此，在使用过程中不会出现轴承不对齐状况，并且因提供了固有特征而简化了滚针轴承组件260的组装过程，套圈278和外座圈286利用所述固有特征相对于凸轮轴264的轴向静止元件和挡块268轴向定位。
上文所述和附图所示的实施方式仅作为示例提供，目的并不是将本发明的构思和原理限制于这些实施方式。例如，本发明并不限于与凸轮轴一起使用，或者总体来说并不限于与内燃机一起使用。
本发明的各种特征在附带的权利要求书中限定。

Claims (18)

1.一种辊子轴承组件，包括：
多个辊子；
套圈，所述套圈包括多个用于定位所述多个辊子的狭槽；
径向定位在所述多个辊子和所述套圈外侧的外座圈；和
用于保持所述套圈和所述外座圈之间轴向对齐关系的装置，所述装置与所述套圈和所述外座圈中至少之一整体形成，
其中，所述套圈包括形成有用于将套圈定位在凸轮轴的相邻凸耳之间的轴向延伸的整体定位特征件的轴向端部，所述整体定位特征件是可轴向弹性变形的弹簧部分和磨耗隆起中至少之一。
2.如权利要求1所述的辊子轴承组件，其特征在于，所述套圈进一步包括两个位于所述多个狭槽轴向外侧的轮缘部分，至少其中一个轮缘部分包括径向凸起，所述径向凸起配置成接合所述外座圈的轴向端部。
3.如权利要求2所述的辊子轴承组件，其特征在于，所述径向凸起是所述轮缘部分的切分部分。
4.如权利要求1所述的辊子轴承组件，其特征在于，所述外座圈进一步包括径向向外延伸的周边壁和径向向内的凸起其中之一，所述径向向外延伸的周边壁配置成接合静止支撑结构，所述径向向内的凸起至少局部轴向定位在所述多个辊子其中之一和所述套圈的径向凸起之间。
5.如权利要求1所述的辊子轴承组件，其特征在于，所述套圈为非圆形，并且所述非圆形的套圈与所述外座圈和支撑在所述辊子轴承组件内的轴至少其中之一形成干涉配合。
6.如权利要求1所述的辊子轴承组件，其特征在于，所述辊子轴承组件配置成将凸轮轴支撑在第一凸轮凸耳和相邻的第二凸轮凸耳之间，所述套圈配置成从所述第一凸轮凸耳向所述第二凸轮凸耳轴向延伸。
7.一种辊子轴承安装设备，用于将辊子轴承安装到支撑凸轮轴围绕轴线旋转的位置，所述安装设备包括：
轴承支撑件；和
辊子轴承，所述辊子轴承配置成预先组装在凸轮轴上，并且随后安装到所述轴承支撑件上，所述辊子轴承包括外座圈、多个辊子和用于定位所述多个辊子的套圈，
其中所述辊子轴承的外座圈和套圈彼此接合，以便在所述辊子轴承预先组装在所述凸轮轴上的时候，所述外座圈自动轴向定位，用于安装到所述轴承支撑件内，并且
其中，所述套圈包括形成有用于将套圈定位在凸轮轴的相邻凸耳之间的轴向延伸的整体定位特征件的轴向端部，所述整体定位特征件是可轴向弹性变形的弹簧部分和磨耗隆起中至少之一。
8.如权利要求7所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈包括至少两个定位特征件，所述定位特征件接合所述外座圈和所述凸轮轴至少其中之一。
9.如权利要求7所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈包括接合所述外座圈端面的径向延伸凸起。
10.如权利要求9所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述径向延伸凸起是所述套圈的切分部分。
11.如权利要求9所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述外座圈包括径向向内延伸的凸起。
12.如权利要求9所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述径向延伸凸起是围绕所述套圈的轮缘部分圆周隔开的多个径向延伸凸起其中之一。
13.如权利要求9所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈包括第二径向延伸凸起，所述第二径向延伸凸起接合所述外座圈的相对端面。
14.如权利要求7所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述外座圈和所述套圈通过干涉配合进行接合。
15.如权利要求14所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述外座圈为圆形，而所述套圈制作成非圆形，以便提供所述干涉配合。
16.如权利要求7所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈轴向延伸长度大于等于所述凸轮轴的相邻凸耳之间的长度。
17.如权利要求16所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈包括可轴向变形的弹簧部分，所述弹簧部分从所述套圈的至少一端延伸，并配置成在所述凸轮轴的两个相邻凸耳之间压缩，以建立轴向干涉配合。
18.如权利要求17所述的辊子轴承安装设备，其特征在于，所述套圈至少一部分配置成因为与所述相邻凸轮轴凸耳摩擦接合而磨耗，并减少轴向干涉量。
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