CN103781693A - 具有转向轴承的转向柱及转向柱的转向轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向柱（1），至少具有套管（2）、转向主轴（3）及至少一个用于使该转向主轴（3）可转动地支承在该套管（2）中的转向轴承（4，5），该转向轴承（4，5）至少具有配合在所述套管（2）中的外圈（6）、内圈（7）及设置在所述外圈（6）与所述内圈（7）的滚道区段（7a）之间的滚动体（8），其中所述内圈（7）仅在两个位置（11，12）上紧贴在所述转向主轴（3）上，并为此具有在轴向上连接在所述滚道区段（7a）上的第一区段（7b），该第一区段在预载荷下在第一位置（11）上紧贴在所述转向主轴（3）上，及具有第二区段（7c），该第二区段与第一区段（7b）在轴向上间隔开，该第二区段在轴向上与滚道区段（7a）连接及具有所述内圈（7）的在第二位置（12）上与所述转向主轴（3）配合作用的第一端部（15）。

Description

具有转向轴承的转向柱及转向柱的转向轴承

本发明的领域

本发明涉及至少具有一个套管，一个转向主轴及至少一个用于使转向主轴可转动地支承在套管中的转向轴承的转向柱，转向轴承至少具有一个配合在套管中的外圈，一个内圈及设置在外圈与内圈的一个滚道区段之间的滚动体，其中内圈仅在两个位置上紧贴在转向主轴上，并为此具有一个在轴向上连接于滚道区段上的第一区段，该第一区段在第一位置上在预载荷下紧贴在转向主轴上，及具有一个第二区段，该第二区段与第一区段隔开，它在轴向上与滚道区段连接及具有在第二位置上与转向主轴配合作用的内圈的第一端部。本发明还涉及用于这种转向柱的转向轴承。

本发明的背景

转向轴承以不同的实施方式被使用。常常是至少在转向柱的上部分中借助两个相互靠近放置的及预载荷的角接触球轴承来支承。这些角接触球轴承具有由金属板作的轴承圈，并被冷成型。

外圈通常被直接地压配合在转向管中。在转向管公差大的情况下外圈也可借助一个公差圈配合在转向管中。在这两种情况下通常外圈的转向位置通过轴向止挡来固定。通常这些轴向止挡各由转向管端部来构成。

相应的转向轴承支承在转向主轴表面上的位置通过转向主轴相对套管的位置及其允许的偏差预给定。但这些位置也可受到转向主轴、套管及转向轴承的形状与尺寸公差的影响，在角接触球轴承的情况下也受到组装时其弹性地内弹的影响。

转向柱的第一转向轴承的内圈轴向地固定轴转向主轴上。在轴向上对立布置的第二转向轴承的内圈借助一个或多个作用在一卡圈上的弹簧部件的弹簧力对第二转向轴承的滚珠预载荷。因此该内圈借助卡圈径向地相对转向主轴的中心轴线定中及固定在转向主轴上。在此情况下卡圈用其一个边缘在径向上楔入到内圈与转向主轴表面之间。弹簧部件的预载荷借助一个固定元件来保持，该固定元件通常为一个齿圈。该齿圈抓入转向主轴的表面。

为了能成本上有利地制造，转向主轴具有相对大的圆柱形外轮廓的形状偏差及尺寸公差。当装配在转向主轴的情况下在与内圈配合作用方面完全可得到相对标称尺寸达到2/10mm或更大的尺寸偏差。因此卡圈具有一个公差圈的补偿公差的功能。在转向主轴的轴承座上内圈的直径基于公差如此地大，以致即使在不利的公差状况下内圈及卡圈也不会直接地接触在内圈的轴座上。内圈在轴座处通过卡圈支撑在转向主轴上。.

EP0941414B1展示了以上所述的结构。其中所述的转向柱具有一个带有由塑料作的卡圈的角接触球轴承，一个被构成波纹弹簧的弹簧部件及一个被构成齿圈的保险圈。

这种结构已再三被证实是可靠的。但组成转向柱的多个部件在库存，后勤供应及组装方面起到不利影响。因此在过去作出过尝试，以使多个部件减少到最少。

DE10027513A1展示了具有一个角接触球轴承的这种结构，该轴承的内圈与固定元件构成一体。固定元件按照一个齿圈的方式设有多个分布在圆周上的突起，这些突起各具有一个大都锐利的边缘。在角接触球轴承未组装的状态中这些边缘限定了一个用一圆线描绘的中心孔，在考虑到所有公差的情况下该中心孔的直径略小于转向主轴的最小外径并与其交叠。在将内圈压配合在转向主轴上时由于该交叠这些突起用其边缘抓入转向主轴的表面并使保持在其位置上。在此情况下可弹性退让的突起往回弹。该看似很好的方案在一定情况下可对轴承结构的刚度产生不利影响。在转向柱通过方向盘受到负荷时内圈可过强地弹回并由此使转向主轴过于倾斜，或是使转向柱的振动特性受到不利影响。

因此在DE102009051107B3中所述的这种类型的结构中除上述的固定元件外还设置了内圈在转向主轴上的一个压配合位置。在DE102009051107B3中所述结构中的内圈在一端具有按照一个齿圈类型的固定元件及在另一端具有一个轴承座。通过双重支撑使该结构更刚强。用于滚动体的滚道区段在轴向上构成在固定元件与轴承座之间。在角接触球轴承组装时内圈用其轴承座压配合在转向主轴上，其中固定元件的突起用其边缘抓入转向主轴的表面。

发明内容

本发明的任务在于，给出一个具有可靠工作的及可简单制造的转向轴承的转向柱。

该任务将借助本发明的根据权利要求1的方案来解决。

该转向柱至少设有一个套管、一个转向主轴及至少一个或两个根据本发明的转向轴承。转向主轴借助两个转向轴承支承在套管中。各个转向轴承具有一个尤其固定在套管中的外圈、一个内圈及设置在外圈的一个滚道区段与内圈的一个滚道区段之间的滚动体。滚动体优选地为在一个滚珠保持架中保持和/或被导向的滚珠。滚道区段例如设有内或外滚珠滚道。

这个或这些转向轴承为角接触球轴承。对于角接触球轴承专业人员理解为这样的轴承，其中通过滚珠与内圈上的内滚珠滚道及与外圈上的外滚珠滚道的滚动接触部及通过滚珠中心延伸的接触线相对一个径向平面以一个接触角倾斜。在此，这些滚珠中心位于该径向平面中的一个圆周轨上。该接触角α为90°>α>0°，最好在60°≥α≥30°的范围内。

内圈仅在两个位置上、且在每个位置上各用一个区段地紧贴在转向主轴上。内圈的其它区段在径向上不支撑在转向主轴上。滚道区段及与其连接的、可能的过渡区段或连接区段部分地在轴向上及径向上限定了一个空心环形室，该环形室在径向外部及轴向两侧上由内圈包围及在径向内部由转向主轴包围。内圈具有一个在轴向上在一侧与滚道区段连接的第一区段，该角接触球轴承在两个位置中的第一位置上用该第一区段支撑在转向主轴上。该第一区段最好空心圆柱形地被构成。变换地第一区段也可具有任意的不同地构成的横截面，例如构成四角形，并且与此相关地在其几何形状上与转向主轴的一个相应的横截面相一致。为了在转向主轴上的压配合，该第一区段套筒形地构成，以致使该第一区段在预载荷下紧贴在转向主轴的一个位置上。内圈借助第一区段的压配合轴向及径向地固定在转向主轴上。

在两个位置中的第二位置上，内圈通过一个第二区段与转向主轴形成接触。第二区段在轴向上相对第一区段间隔开并在轴向上在另一侧上连接在滚道区段上。第二区段例如通过在转向主轴与内圈之间的滑动配合形成或如在第一位置处那样通过压配合形成。但最好第二区段具有一个齿圈类型的固定元件，该齿圈在圆周上具有相互相邻的突起或齿。这些突起或齿在圆周上通过延伸到内圈的第一端部中的轴向槽相互隔开。内圈在一侧终止在该第一端部上。每个突起或齿具有至少一个边缘，该边缘至少部分地抓入转向主轴的表面。内圈借助第二区段轴向地固定在转向主轴上。

根据本发明，内圈的一个与第一区段构成一体的第三区段在轴向上连接在第一区段上。当内圈在上述两个位置上配合在转向主轴上时，该第三区段在径向上与转向主轴无接触。第一区段在轴向上延伸在滚道区段与第三区段之间。第三区段过渡到一个限定内圈的并与转向主轴无接触的内圈的第二端部。内圈在背离第一端部的一侧上终止在第二端部上。当内圈配合在转向主轴上时，第三区段及第二端部圆周定向地相对转向主轴的表面具有径向距离地围绕转向主轴的中心轴线延伸。

如开始部分所述，内圈借助第一区段通过压配合装配在轴上。如上所述，转向主轴具有圆柱形轮廓的相对大的形状偏差及尺寸公差。因此第一区段的压配合难以实现。在不利的公差状态下，即当内圈（轴）与第一区段之间交叠大时在第一区段中由压配合产生的应力非常高。在迄今公知的现有技术的结构中第一区段直接且突然地终止在第二端部处，因此由于通过压配合引起的第三（第一）区段的材料中的应力使第二端部有裂开的危险。

而根据本发明在处于应力下的第一区段上连接了一个第三区段，该第三区段不处于应力下，因为它对转向主轴无接触。由压配合在第一区段中产生的应力首先通过第一区段延伸到第三区段中，因为第一区段与第三区段单一材料地相互构成一体。应力在第三区段中“消失”，这就是说在这里下降到可承受的正常数量级，由此第三区段可被称为去负荷区段。如在“本发明的背景”一节中所述的现有技术的内圈中的应力峰值可得以避免，因为内圈不再突然地终止在第一区段上，而是过渡到一个去负荷区段。因此消除了开裂的危险。伴随该措施地可选择较有延性的材料来制造内圈或渗碳硬化的内圈的较小表面硬度、例如具有至多500HV而非680-700HV的表面硬度。

滚道区段与第一区段，及滚道区段与第二区段或是直接地相互过渡或通过中间区段相互连接。内圈由各个区段、即第一区段，第二区段及第三区段通过对接或形状锁合组成，但变换地且优选地由各个区段单一材料地构成一体。

内圈及外圈最好为由金属板或带材、例如材料C45作的成型部件，并至少在表面上具有470+100HV的硬度。为了通过冷变形、如拉伸来制造根据本发明构型的加长的内圈，总地将不损耗比根据迄今现有技术所公知的内圈拉伸时更多的或不太多的毛坯，因为大部分的区段可通过由原始厚度的材料逐渐延展到较小的厚度来制造。

为了减小应力第三区段必需具有一个足够的轴向延伸距离。因此本发明的一个构型在于：第三区段在轴向上至少与第一区段的轴向宽度一样地宽。

本发明的其它构型涉及转向轴承内圈的几何构型或比例关系。

本发明的另一构型在于：第三区段向着第二端部喇叭形地扩大，其中第三区段的内部尺寸向着第二端部加大。该扩大部分作为定中孔可用作将内圈套在转向主轴上时的导入斜坡。

还规定：第三区段的最小径向内部尺寸大于第一区段的最大径向内部尺寸。因此可靠地避免了第三区段与转向主轴的接触。

此外还规定，至少在第三区段轴向上连接在第一区段上的地方第一区段的径向外部尺寸大于第三区段的径向外部尺寸。因此在径向上第一区段的壁厚比第三区段的壁厚要厚些。这对形成一个可靠的压配合是有利的。

附图说明

图1纵向剖切地以中心轴线3a上方的半截面并简化描绘地表示转向柱1。图2放大地且不按比例描绘地表示图1中的细节Z。

图1及2：转向柱1设有一个套管2、一个转向主轴3及两个根据本发明的转向轴承4及5。转向主轴3借助转向轴承4及5支承在套管2中。每个转向轴承4或5具有一个固定在套管中的外圈6、一个内圈7及设置在外圈6的滚道区段6a与内圈7的滚道区段7a之间的形式为滚珠8’的滚动体8。滚珠8’在围绕转向主轴3的中心轴线3a的圆周上均匀地分布并在一个滚珠保持架9中被保持及被导向。滚道区段6a及7a基本上由滚珠滚道6a’及7a’构成。

图1：转向轴承4及5为角接触球轴承4’与5’。经过滚珠8’与内圈7上的内滚珠滚道7a’的滚动接触部8a及经过与外圈6上的外滚珠滚道6a’的滚动接触部8b以及经过各个滚珠中心8c延伸的接触线10相对径向平面E倾斜一个接触角α，其中，α=45°。

内圈7仅在两个位置11及12上紧贴在转向主轴3上。内圈7的其它部分尤其滚道区段7a在径向上不支撑在转向主轴3上，而是限定一个空心的环形室13，该环形室在径向外侧及轴向两侧上由内圈7限定及径向内侧由转向主轴3限定。

内圈7具有一个在轴向一侧上连接到滚道区段7a上并与该滚道区段单一材料地构成的第一区段7b，各个角接触球轴承4’或5’用该第一区段在两个位置11与12中的第一位置11上支撑在转向主轴3上。第一区段7b被构成空心圆柱的并为了压配合在转向主轴3上而套筒形地构成，以致该区段在预载荷下在位置11上紧贴在转向主轴3上。

内圈7在第二位置12上通过一个与滚道区段7a单一材料地构成的第二区段7c与转向主轴3形成接触。第二区段7c在轴向上相对第一区段7b间隔开并在轴向另一侧上与滚道区段7a连接。

图2：第二区段7c具有一个根据一个在圆周上带有彼此相邻的突起14的齿圈类型的固定元件17。这些突起14在圆周上通过延伸到第一端部15中的轴向槽15a相互隔开。每个突起14具有一个边缘14a，该边缘被设置来在位置12处至少部分地抓入转向主轴3的表面。

图1及2：根据本发明，内圈7的与第一区段7b构成一体的第三区段7d在轴向上连接在第一区段7b上。该第三区段7d在径向上与转向主轴3无接触及在轴向上过渡到内圈7的一个限定内圈7的并与转向主轴3无接触的第二端部16中。

图2：第三区段7d及第二端部16圆周定向地围绕中心轴线3a相对转向主轴3的半径或相对第一区段7b的内半径R以在轴向上无限多的并排分布的径向距离S，S’，S”，S”’…延伸。

第三区段7d向着第二端部喇叭形地扩大，以致该第三区段得到一个空心圆锥形的构型。第三区段7d的内部尺寸r’，r”，…向着第二端部16变大。该扩大部分作为中心孔在将内圈套到转向主轴上时可被用作导入斜坡。第三区段7d的最小径向内部尺寸大于第一区段7b的最大内径R。

此外提出，第一区段7b的径向外部尺寸Ra大于第三区段7d的外部尺寸，确切地说是在第三区段7d轴向上连接在第一区段7b的地方。因此在径向上第一区段7b的壁厚比第三区段7d的壁厚b，b’…厚。

第三区段7d的轴向宽度A₃大于第一区段7b的宽度A₁。

Claims (8)

1.转向柱（1），至少具有套管（2）、转向主轴（3）及至少一个用于使该转向主轴（3）可转动地支承在该套管（2）中的转向轴承（4，5），该转向轴承（4，5）至少具有配合在所述套管（2）中的外圈（6）、内圈（7）及设置在所述外圈（6）与所述内圈（7）的滚道区段（7a）之间的滚动体（8），其中所述内圈（7）仅在两个位置（11，12）上紧贴在所述转向主轴（3）上，并为此具有在轴向上连接在所述滚道区段（7a）上的第一区段（7b），该第一区段在预载荷下在第一位置（11）上紧贴在所述转向主轴（3）上，及具有第二区段（7c），该第二区段与所述第一区段（7b）在轴向上间隔开，该第二区段在轴向上与所述滚道区段（7a）连接及具有所述内圈（7）的在第二位置（12）上与所述转向主轴（3）配合作用的第一端部（15），其特征在于：与所述第一区段（7b）构成一体的第三区段（7d）径向上相对所述转向主轴（3）无接触地在轴向上这样连接在所述第一区段（7b）上，以致所述第一区段（7b）轴向上延伸在所述滚道区段（7a）与第三区段（7d）之间，所述第三区段（7d）过渡到所述内圈的与所述转向主轴（3）无接触的第二端部（16）中。

2.根据权利要求1的转向柱，其特征在于：所述第三区段（7d）在轴向上与所述第一区段（7b）的轴向宽度至少一样地宽。

3.根据权利要求1的转向柱，其特征在于：所述第三区段（7d）向着所述第二端部（16）喇叭形地扩大。

4.根据权利要求1的转向柱，其特征在于：所述内圈（7）在所述第一端部（15）上具有至少一个边缘（14a），该边缘在所述第二位置（12）上与转向主轴（3）的表面配合作用。

5.根据权利要求4的转向柱，其特征在于：至少两个边缘（14a）在所述第二位置（12）上与转向主轴（3）的表面配合作用，其中，每个边缘（14a）各构成在与所述内圈（7）构成一体的齿形突起（14）上，及其中所述至少两个突起（14）通过构成在第一端部（15）上的槽（15a）在圆周上相互隔开。

6.用于根据权利要求1的转向柱的转向轴承，其特征在于：所述第三区段（7d）的最小径向内部尺寸大于所述第一区段（7b）的最大径向内部尺寸。

7.根据权利要求1或6的转向轴承，其特征在于：至少在所述第三区段（7d）轴向上连接在所述第一区段（7b）上的地方，所述第一区段（7b）的径向外部尺寸大于所述第三区段（7d）的径向外部尺寸。

8.根据权利要求1或6的转向轴承，其特征在于：至少在所述第三区段（7d）轴向上连接在所述第一区段（7b）上的地方，旋转对称地构造的所述第三区段（7d）的径向壁厚小于旋转对称地构造的所述第一区段（7b）的径向壁厚。

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