CN104154116B - 用于转向柱的滚子轴承组件装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚子轴承组件装置(1)，包括内圈(3)、外圈(2)、至少一排在内圈(3)和外圈(2)之间的滚动元件(4)以及安装在内圈(3)的孔中的套筒(6)。环状弹性元件(8)轴向布置在套筒(6)的径向轴承凸缘(6b)和内圈(2)之间，弹性元件(8)包括内孔，其能支承抵靠套筒的外表面，从而在装置(1)的内部方向中传送具有径向分量的力。套筒(6)还包括至少一个狭槽(6c，)从径向轴承凸缘(6b)的下边缘(6d)朝向内圈(3)轴向延伸，所述下边缘布置在内圈(3)的相反侧。

Description

用于转向柱的滚子轴承组件装置
技术领域
本申请涉及一种滚子轴承组件装置，特别是用于机动车辆的转向柱的转子轴承组件。
背景技术
转向柱通常包括一轴，其一端固定至由车辆驾驶员操作的方向盘，且其另一端被固定至用于角度定位车辆车轮的机械元件。转向柱的轴安装得使得在管状壳体内旋转，通过相对安装两个滚子轴承组件装置的方式，每个包括一滚子轴承，通常是角接触球轴承。
滚子轴承组件通常包括内圈、外圈和布置在内外圈之间的滚子元件。滚子轴承组件通过其外圈安装在壳体上，并且直接或通过套筒或称为公差环的环的方式安装在轴上。套筒提供在轴和滚子轴承的内圈之间的接口，并且可以补偿可能在这两部分之间的任何几何缺陷。套筒允许滚子轴承组件被容易地安装在轴上而无需初始紧密。
然而对于该组件优选的是，在套筒和轴之间具有零间隙，从而确保该装置被保持在轴上，并且在滚子轴承组件的圈和滚动元件之间有永久接触。
发明内容
这就是本发明意图更特别讨论的这些缺点，通过提出一种新的滚子轴承，其特别经济，易于制造和安装，并且具有更长的服务寿命。
为了这一目，本发明涉及一种滚子轴承组件装置，包括内圈、外圈、至少一排在内圈和外圈之间的滚动元件以及安装在内圈的孔中的套筒。
依照本发明，环状弹性元件轴向布置在套筒的径向轴承凸缘和内圈之间，弹性元件包括内孔，其能支承抵靠套筒的外表面，从而在装置的内部方向中传送具有径向分量的力。套筒还包括至少一个狭槽，从径向轴承凸缘的下边缘朝向内圈轴向延伸，所述下边缘布置在内圈的相反侧。
通过本发明，弹性元件支承抵靠套筒且抵靠内圈，从而从套筒向滚子轴承组件的圈和滚动元件传送力，并因而预负载滚子轴承组件。
当弹性元件承受一力时，其通过导致其轴向尺寸减小的压缩而轴向变形，并且通过其径向尺寸的增加而径向变形。径向膨胀允许施加在弹性元件上的力的径向分量朝向其支承抵靠的套筒的圆柱部传送。
位于套筒中的至少一个狭槽给出了套筒特定量的柔韧性，其可以基于通过预负载的弹性元件传送的径向分量而弹性变形。套筒因而在安装在所述套筒的孔中的杆的方向中径向变形。
通过本发明，套筒的圆柱部允许装置被对中且在杆上轴向引导，并且在套筒和杆之间的任何轴向运动被消除了。此外，由弹性元件施加在内圈上的预负载通过滚动元件的方式被传送至外圈，确保了其中的永久接触。
此外，由于弹性元件是环形的，一方面在套筒上且另一方面在内圈上的预负载均匀分布。
最后，滚子轴承组件装置的体积被限制，这是由于该元件全部被包括在凸缘的下边缘和外圈之间。
依照本发明的有利但非必须的方面，这一滚子轴承可以包括一个或多个下面的特征，以任何技术上允许的组合：
-滚动元件是球。
-滚动元件与内圈和外圈角接触。
-滚动元件通过支架在圆周上规则分布地保持，其可被提供有至少一个轴向部分，径向地位于内圈和外圈之间。
-支架的至少一个轴向部包括轴向保持装置，其与内圈和/或外圈的至少一者接合。
-套筒包括轴向圆柱部，其下端通过径向轴承凸缘而朝向装置的外侧径向延伸。
-内圈包括轴向圆柱部，直接支承抵靠着套筒的轴向圆柱部。
-内圈包括曲面部，在轴向截面为凹形的其外表面上，形成了用于滚动元件的滚道，所述曲面部直接支承抵靠弹性元件。
-外圈包括轴向圆柱部，其通过径向定向的曲面部的方式朝向滚子轴承组件装置的内部延伸，所述曲面部在轴向截面为凹形的内表面上，形成用于滚动元件的滚道。
-外圈包括径向边缘，其从轴向圆柱部朝向装置的外侧轴向延伸，从而与管状壳体接合且轴向保持该组件。
-弹性元件与内圈直接接触。
-弹性元件与套筒直接接触。
-弹性元件包括内孔，其能支承抵靠套筒的轴向圆柱部的外表面。
-弹性元件是环状的，并且在自由状态中，具有圆形、平行六面体或三角形的截面。
-弹性元件是与套筒分离的弹性O环。
-弹性元件是在套筒的内圈或外表面上过压模制的。
-弹性元件由合成材料制成，例如基于合成橡胶，例如丁腈橡胶、聚亚安酯、三元乙丙橡胶(EPDM)或基于聚氨酯(TPU)或苯乙烯(TPS)的热塑性橡胶(TPE)。
-在套筒的圆柱部的外圆周上制得槽，所述槽与弹性元件的形状近似一致。
-套筒包括独立狭槽，形成开口且轴向经过套筒。
-套筒包括至少两个狭槽，其在圆周上规则地分布。
-在套筒中的至少一个狭槽具有在1°至20°之间、有利地在1°至5°之间的圆周延伸。
-所述至少一个狭槽径向地穿过径向轴承凸缘和套筒的轴向圆柱部的一部分。
-套筒的轴承凸缘的外圆柱表面的直径大于或等于自由状态中的弹性元件的外侧直径。
-套筒的轴承凸缘的下边缘用于支承抵靠锁定垫圈。
-下边缘是径向的。
-下边缘具有朝向滚子轴承组件装置的内部倾斜的部分，从而在装置内部方向中传送具有径向分量的力。
-轴承凸缘的下边缘的倾斜部具有曲面凹形。
本发明还涉及一种转向柱，包括壳体、轴以及依照前述实施方式任一所述的安装在壳体和轴之间的至少一个轴承组件装置。
附图说明
在下文，依照本发明原则的滚子轴承组件装置的一个实施方式的描述，将更好理解本发明并且其中的进一步优点将变得更为清晰。
-附图1a是依照本发明的第一实施方式的滚子轴承组件装置的轴向截面中的视图；
-附图1b是依照本发明的第一实施方式的套筒的透视图；
-附图2是依照本发明的第二实施方式的滚子轴承组件装置的轴向截面中的视图；
-附图3是依照本发明的第三实施方式的滚子轴承组件装置的轴向截面中的视图；
-附图4a是依照本发明的第四实施方式的滚子轴承组件装置的轴向截面中的视图；
-附图4b是依照本发明的第四实施方式的套筒的透视图；
在附图1a至4中其全部以1表示的是中心轴X1的滚子轴承组件装置，意于安装在机动车辆的转向柱中，特别在包括孔的中心轴XA的管状壳体A以及旋转轴(未示出)之间。在正常操作中，轴X1和XA同轴。
具体实施方式
如在附图1中所示，滚子轴承组件装置1包括内圈2、外圈3、一排在这一情形中是球的滚动元件4t、用于保持滚动元件4的圆周间隔的支架5以及安装在内圈3上的套筒6或公差环。
在这个以及下面的实施方式中，形容词“轴向的”和“径向的”以及副词“轴向地”相对于滚子轴承1的中心轴X1而定义，其是内圈2和3的相对旋转轴。因此，轴向部分或部件平行于轴X1，同时径向部件或部分垂直于这一轴且围绕它。
外圈2包括曲面部2a、轴向部2b和径向轮缘2c。曲面部2a从轴向部2b朝向装置1的内侧径向定向。曲面部2b具有内表面，其在轴向部中是凹的且形成了用于滚动元件4的滚道。径向轮缘2c从轴向部2b朝向装置1的外侧径向定向，从而与管状壳体A接合且轴向地保持该组件。
内圈3包括曲面部3a以及轴向圆柱部3b。曲面部3b在其轴向部中是凹形的外表面上形成了用于滚动元件4的滚道。内圈3和外圈2的滚道布置在经过滚动元件中心的径向平面的两侧上。滚子轴承组件装置1给予滚动元件4以角接触，因而提供克服在一个方向中的轴向负载和另一方向中的径向负载的能力。
内圈3和外圈2可由管的一部分或由一层片状金属制得，例如通过剪切和压制。
支架5包括小直径的轴向环状部5a，其经过外圈2的曲面部2a的自由端和内圈3的轴向圆柱部3b的外表面之间。轴向环状部5a轴向延伸超过内圈3的轴向端部，并且提供有多个径向突起5c，其朝向套筒6延伸，从而轴向保持制成滚子轴承的元件。
支架5还包括大直径的轴向环状部5b，其布置在相反侧，并且经过内圈3的曲面部3a的自由端和外圈2的轴向圆柱部2b的内表面之间。
支架5由合成材料制得，例如可使用矿物填充物加强的聚酰胺。
套筒6以中心轴X6为轴，其在正常操作期间与轴X1和XA同轴，并且包括轴向圆柱部6a和径向轴承凸缘6b。轴向圆柱部6a布置得直接支承抵靠内圈3的轴向圆柱部3b的孔。轴向圆柱部6a还在其内孔中围绕驱动轴布置，因而相对于套筒6轴向地对中滚子轴承和轴。径向轴承凸缘6b包括外圆柱，并且从轴向圆柱部6a的一端朝向装置1的外侧径向延伸。
轴承凸缘6b包括下边缘6d，其支承抵靠向套筒6上传送轴向力的锁定垫圈7。依照附图1a和1b中示出的示例，下边缘6d是径向的。这一锁定垫圈7轴向地保持滚子轴承组件装置1，且包括环状部7a，其在轴向截面中具有凹形，并且其上外表面抵靠套筒6的下边缘6d。锁定垫圈7具有多个搭片7b，其从环状部7a朝向内侧径向延伸。搭片7b近似地倾斜，并且意图当锁定垫圈7被固定至轴上时弹性弯曲，并且经过抵靠该轴的支撑防止锁定垫圈7沿着轴在与其固定方向相反的方向中的任何轴向移动。
依照本发明，套筒6还包括狭槽6c，其从下边缘6d朝向内圈3轴向延伸，布置在轴承凸缘6b的内圈2的相反侧，直到轴向圆柱部6a的径向边缘6f，所述狭槽6c径向地穿过轴承凸缘6b和套筒6的轴向圆柱部6a的一部分。这一狭槽6c为套筒6给出了特定量的柔韧性，其可以基于径向负载而弹性变形。
在附图1和2中示出的示例中，套筒6包括三个狭槽6b，其规律地圆周间隔，并且具有5°的圆周延伸。
依照本发明，滚子轴承组件装置1还包括与套筒6接合的弹性元件8，并且能够施加被传送至内圈3的轴向预负载力。弹性元件8是环形的，并且轴向地安装在套筒6的径向轴承凸缘6b和内圈3的曲面部3a之间。套筒6的径向轴承凸缘6b圆周地轴向支承抵靠弹性元件8。
套筒6还包括在轴向圆柱部6a的外圆周上的槽6e，所述槽6e与弹性元件3的形状一致，从而围绕套筒6轴向地保持。弹性元件8包括内孔，其连续地支承在其整个圆周周围，抵靠在套筒6的轴向圆柱部6b中的槽6e的底部。
在附图1a至4示出的示例中，弹性元件8是环状的、曲面的，且具有在自由状态中的圆形横截面。在自由状态中的弹性元件8的外直径等于套筒6的轴承凸缘6b的外圆柱表面6g的直径。
弹性元件8由合成材料制成，例如基于合成橡胶例如丁腈橡胶、聚亚安酯、三元乙丙橡胶(EPDM)或基于聚氨酯(TPU)或苯乙烯(TPS)的热塑性橡胶(TPE)。
当弹性元件8通过锁定垫圈7和套筒6的凸缘6b的方式承受轴向负载时，其向内圈3的曲面部3a传送角向力。这一角向力随后朝向滚动元件4和外圈2传送，因而预负载滚子轴承组件1，且防止元件之间的任何内部间隙且确保它们之间的永久接触。
基于这一力，通过径向轴承凸缘6b和内圈3之间的压缩而导致其轴向尺寸的降低，且通过其纵向尺寸的增加而纵向变形，弹性元件8轴向变形。弹性元件8的径向膨胀允许施加在弹性元件8上的力的径向分量朝向其支承抵靠的套筒6的轴向圆柱部6a传送。
通过套筒6的柔韧性的优点，这一柔韧性通过狭槽6c而获得，所述套筒6基于由预负载的弹性元件8传送的径向分量的力而弹性变形。套筒6因而在安装在所述套筒6的孔中的杆的方向中径向变形，因而可防止在套筒和杆之间的任何径向间隙，并且确保将装置1轴向地保持在杆上。
在附图2和3中分别示出了第二实施方式和第三实施方式，其中相同的元件具有相同的附图标记，不同于第一实施方式之处仅在于套筒6的径向轴承凸缘6b的下边缘6d的形状。
如附图2所示，套筒6的径向轴承凸缘6b的下边缘6d具有朝向滚子轴承组件装置1的内部倾斜的部分。
当装置1预负载时，锁定垫圈7在套筒6上施加一力，导致了其支承抵靠下边缘6d。弹性元件8向套筒6传送力的径向分量，如在上文以一种方式解释的。此外，由于朝向下边缘6d的内部倾斜的形状，径向分量被直接传送至径向轴承凸缘6b，其使得它朝向装置1的内部弹性变形。
由弹性元件8的变形施加的径向力和直接传送至套筒的径向力的合力允许套筒被更有效地保持在杆上。
如附图3所示，套筒6的径向轴承凸缘6b的下边缘6d具有朝向滚子轴承组件装置1倾斜的部分，所述倾斜的部分具有曲面凹形。
下边缘6d的这一曲面凹形与锁定垫圈7的环状部7a的形状近似一致，从而确保力更好地圆周分布，同时确保锁定垫圈7和套筒6之间的持久接触。
在附图4a和4b中示出了第四实施例，其中，相同元件具有相同附图标记，不同于上述实施方式之处在于，套筒6具有单一狭槽6c。
单一狭槽6c在套筒6中形成了开口，轴向且径向地经过在给定角位置中的套筒。这一单一狭槽6c使得可无需在前述实施方式中描述的多个狭槽而实现，同时通过其本身确保套筒6的弹性变形。
多个实施方式的技术特征和上文设想的变形可相互结合。

Claims (10)

1.一种滚子轴承组件装置，包括内圈(3)、外圈(2)、该内圈(3)和该外圈(2)之间的至少一排滚动元件(4)以及安装在该内圈(3)的孔中的套筒(6)，
其特征在于，环状弹性元件(8)轴向地安装在该套筒(6)的径向轴承凸缘(6b)和该内圈(3)之间，该弹性元件(8)包括内孔，其能支承抵靠该套筒(6)的外表面，从而在该装置(1)的内部方向中传送具有径向分量的力，并且
该套筒(6)还包括至少一个狭槽(6c)，从该径向轴承凸缘(6b)的下边缘(6d)朝向该内圈(3)轴向延伸，所述下边缘布置在该内圈(3)的相反侧。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该套筒(6)中的至少一个狭槽(6c)形成轴向经过该套筒(6)的开口。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该套筒(6)包括至少两个狭槽(6c)，其在圆周上规则地分布。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，该套筒(6)中的至少一个狭槽(6c)具有在1°至20°之间的圆周延伸。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该弹性元件(8)能支承抵靠该套筒(6)的轴向圆柱部(6a)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该套筒(6)的该径向轴承凸缘(6b)的该下边缘(6d)是径向的，且支承抵靠锁定垫圈(7)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该套筒(6)的该径向轴承凸缘(6b)的该下边缘(6d)支承抵靠锁定垫圈(7)且具有倾斜部，从而在该装置(1)的内部方向中传送具有径向分量的力。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该弹性元件(8)是与该套筒(6)分离的弹性O形环。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该弹性元件(8)是在该内圈(3)上或在该套筒(6)的外表面上过压模制的。
10.一种转向柱，包括壳体(A)、轴以及安装在该壳体(A)和该轴之间的至少一个依照前述权利要求任一项所述的滚子轴承组件装置(1)。
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