CN104976321A - 带轮装置及其装配方法和制造该装置的中空轴的方法 - Google Patents

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Abstract

用于皮带或链条的带轮装置(2)包括轴承(20)、带轮(30)和至少一个中空轴(40A,40B)，轴承(20)提供有外环(22)、内环(24)以及安装在外环和内环之间限定的轴承室(28)中的至少一排滚动元件(26)，带轮(30)固定为随着外环旋转且提供有用于与皮带或链条配合的外径向表面(32)，至少一个中空轴(40A,40B)能容纳螺丝用于将带轮装置安装在支架上。形成一个结构单元的中空轴(40A,40B)包括套管(42)和固定到该套管且相对于该中空轴的中心轴线(X40)从其向外径向延伸直至轴承室(28)的法兰(48)。该法兰形成有垫圈(44)和端板(46)，而该垫圈径向地设置在该套管(42)和该端板之间。

Description

带轮装置及其装配方法和制造该装置的中空轴的方法
技术领域
本发明涉及带轮装置，特别是机动车辆中所用的带轮装置。这样的装置可涉及用于张紧链条或者运动传输带、从动辊、卷盘、惰轮和用于支撑或往复旋转运动的任何其它装置的张紧辊。
背景技术
如FR-A-2 923 281所示，带轮装置提供为安装在支架上，例如借助于通过装置中心的中空轴的螺丝安装在机动车辆的发动机组上。在FR-A-2 923281的图7的实施例中，中空轴形成有套管，其配备有支向轴承内环的隔板，这避免了套管在螺丝施加的轴向力的作用下的塑性变形。这得到了全球的认可。
该现有技术的设备包括其中设置球的轴承室，必须通过安装在轴承的环之一上的两套接缝保护不受外部污染，并且摩擦地支向另一个环。这些接缝相对昂贵且在已知的带轮装置的制造中要求特定的安装步骤。这相应地增加了该设备的价格成本。
发明内容
这些是本发明通过提供用于皮带或链条的新颖的带轮装置而特别解决的缺点，其与现有技术相比制造更加快捷和更加经济，同时具有保护轴承室不受外部污染的良好特性。
为此，本发明涉及用于皮带或链条的带轮装置，包括：
-轴承，其设置有外环、内环和安装在外环和内环之间所限定的轴承室中的至少一排滚动元件，
-带轮，固定为随着外环旋转，且设置有与皮带或链条配合的外径表面，以及
-至少一个中空轴，其能容纳螺钉，用于安装带轮装置在支架上。
带轮装置的中空轴形成一个结构单元，其包括套管以及固定到该套管且从其相对于中空轴的中心轴线径向向外延伸直至轴承室的法兰。根据本发明，法兰形成有垫圈和端板，并且垫圈径向地位于套管和端板之间。
通过本发明，属于中空轴结构的法兰保证了该装置的轴承室与外部环境之间的屏蔽，这保护轴承室不受外部污染。因此，在没有常规密封装置的情况下能得到实现，例如，在内环和外环之间安装在刚性结构上的唇垫。
根据本发明有利但非必须的方面，这样的装置可结合下面的一个或多个特征，包括任何技术上可接受的结合：
-法兰的外径向边缘形成与外环和/或带轮配合的接合处，用于隔离轴承室与装置的外部。
-制作垫圈的材料比制作端板的材料更加具有刚性，并且设置为与轴向支架一起在支架和/或支架的凸起/凹陷部分上容纳装置的安装螺丝的头部。
-套管由合成材料制作。
-端板由合成材料制作。
-套管和端板由相同的材料制作。
-垫圈是金属的。
-合成材料可为聚酰胺6-6。
-该材料包括加强纤维，例如玻璃纤维。
-垫圈提供有凸起/凹陷部分，其与套管和/或端板的配对凸起/凹陷部分配合，并且参与这些部件的相对固定。
-垫圈的轴向厚度小于其相对于中空轴的中心轴线的径向宽度。
-垫圈的轴向厚度与其轴向宽度的比率包括在0.1和0.5之间，优选等于0.3。
-该装置包括两个相同的中空轴，其每一个形成一个结构单元，包括套管和法兰，而套管沿着轴承的中心轴线对齐，并且法兰的每一个沿着轴承的中心轴线设置在轴承室的一侧。
-套管包括凸起/凹陷部分，例如肋，从而与内环的孔配合，所述套管优选地被强制安装在所述内环中。
此外，本发明涉及制作属于上述装置的中空轴的方法。根据本发明，该方法包括在垫圈上二次成型套管和/或端板的至少一个步骤。
优选地，套管和端板由相同的材料制作，并且同时二次成型在法兰上。
最后，本发明涉及装配上述类型的带轮装置的方法，该方法包括预装步骤，用于安装轴承和带轮与外环。根据本发明，该方法包括预装步骤后的步骤，并且包括通过沿着轴向方向使属于形成中空轴的一个结构单元的套管面向轴承室而将其结合在轴承的内环中，属于法兰且属于该结构单元的端板固定到套管，同时该端板与径向地设置在端板和套管之间的垫圈一起形成法兰。
作为选择，可继续进行在内环中的套管的二次成型。在此情况下，本发明还涉及如上所述的方法，该方法的特征在于它包括如下步骤，将属于形成中空轴的一个结构单元的套管二次成型在轴承的内环内，并且通过二次成型、粘合剂连接、紧固安装、卷边或硫化而连接端板在垫圈上，以便形成中空轴的法兰。
附图说明
通过根据原理的带轮装置的实施例、制造方法和装配方法的如下描述，本发明将变得更好理解且其其它的优点将变得更加明显，仅作为示例且参考附图给出描述，附图中：
-图1是根据本发明的带轮装置的部分分解轴向截面图，
-图2是属于图1的带轮装置的中空半轴的透视图，
-图3是图2的半轴沿着另一个角度的透视图，以及
-图4是图1的装置在使用结构上的轴向截面图。
具体实施方式
附图所示的带轮装置2形成隋轮，用于在安装在图4部分所示的发动机机体4上，发动机机体4配备有凸台6，在该凸台的中心形成有容纳螺钉8的攻丝7，螺钉8结合在该装置2的中心处。
带轮装置2包括球-轴承20，其形成有外环22、内环24以及在环22和24之间所径向限定的轴承室28中设置的两排滚珠26。作为选择，轴承20可包括保持架用于保持球26就位。根据另一个选择，提供单排的滚珠。此外，轴承20可采用滚珠之外的滚动体，特别是滚柱或滚针。
轴承室28径向地限定在环22的内径向表面228和环24的外径向表面248之间，其中形成环形截面的滚道用于部分地容纳滚珠26。表面228的直径表示为d22，这是环22的内径，并且表面248的直径表示为D24，这是环24的外径。
带轮装置2的中心纵向轴线表示为X2，这是环22和24相对于彼此的旋转轴线。在本说明书中，“轴向的”或“径向的”的术语相对于该轴线限定，除非另有说明。因此，平行于轴线X2的方向是“轴向”的，而垂直于且相交该轴线的方向是“径向的”。垂直于轴线X2的表面是轴向的，而相对于轴线X2垂直于径向轴线的平面是径向的。
带轮30例如通过粘合剂连接或二次成型固定在外环22上。在附图的示例中，带轮30由合成材料制作，并且其内径向表面31设置有周边肋33，周边肋33结合在环22的外径向表面241上形成的周边槽243中。作为选择，带轮30可为金属的，并且安装为夹紧在或卷压(crimped)在外环22上。带轮30的外径向表面表示为32，即该带轮的表面相对于轴线X2径向向外定向。该表面32设置有周边槽34。
在使用的结构中且如图4所示，合成材料的皮带100围绕装置2安装，并且该皮带的内周边肋104配合在槽34中，这有助于引导皮带100围绕带轮30。因此，表面32是与皮带100配合的表面。
作为选择，链条可用于代替皮带100。在此情况下，适当调整表面32的几何形状。
通过将两个半轴40A和40B的每一个通过轴承20的一侧结合在环24的内径向空间V24中，从而使两个半轴40A和40B定位在环24的内径向空间V24中。半轴40A和40B是相同的，下面仅详细描述半轴40A。
该半轴40A包括具有圆形截面的套管42，并且在装置2的半轴40A的安装结构中居中设置在与轴线X2一致的轴线X40上。半轴40A还包括垫圈44和端板46，它们一起限定法兰48，当半轴40A安装在装置2中时，其相对于轴线X40和轴线X2从套管42径向向外延伸。
法兰48的外径表示为D48，即端板46的外径。该直径由圆形的法兰48的外径向边缘482限定。
垫圈44相对于轴线X40径向地设置在套管42和端板46之间，套管42是半轴40A的内部或中心径向部分，端板46形成其外径向部分。
实际上，垫圈44是金属的，例如由钢制作，而部件42和46由合成材料制作，特别是聚酰胺6-6或者用纤维加强的另一个合成材料，例如玻璃或碳纤维。半轴40A的制造可通过在垫圈44上二次成型部件42和46而实现。
为了保证在垫圈44上有效地定位部分42和46且根据本发明选择性但是有利的方面，配对的凸起/凹陷部分设置在这些部件上。更具体而言，并且如图3所示，垫圈44配备有四个舌片442，其从内径向边缘441相对于轴线X40且朝着轴线X40径向延伸，朝向垫圈44转动的配合套管42的边缘421接合在其中。边缘421提供有凹口422，其形状匹配舌片442的形状，这保证了部件42和44之间的连结。
同样，舌片446相对于垫圈44的外径向边缘445相对于轴线X40径向向外延伸。它们容纳在端板46的内径向边缘465上所形成的凹口466中。这有助于在部件44和46之间的牢固固定。
作为选择，其它的凸起/凹陷连接部分可设置在部件42、44和46之间。特别是，舌片442和446用配合舌片的凹口置换，凹口中接合分别形成在部件42和46上的舌片。
特别是如图2所示，套管42配备有四个外轴向肋423，其形成相对于套管42局部的加厚部分。肋423围绕轴线X40规则地分布。
套管42在从肋423的一定距离处所测得的外径表示为D42。与肋423的外径向表面相切的包络面的直径表示为D42’。直径D42’严格地大于直径D42，这两个直径之差等于肋423相对于轴线X40的双倍径向厚度。
内环24的内径表示为d24。直径D42严格地小于直径d24，这允许套管42相对于垫圈44的一部分以一定的间隙被引入到环24的内部空间V24。
直径D42’等于或略大于直径d24，这允许套管42被引入到空间V24中，其中肋423稳固地压向环24的内径向表面，结果可能产生套管42的形变。因此，套管42强制性安装在环24中。这有助于牢固地固定套管42在空间V24中。在带轮装置2通过螺钉8自身安装在诸如发动机机体4的支架上之前，当半轴40A和40B二者安装在轴承20上时，这是特别有用的。因此，肋423保证了半轴40A和40B相对于装置2的其它部分不会丢失的功能。
套管42的内部空间表示为V42，并且其内径为d42。
在带轮装置2的装配期间，轴承20通过装配元件22、24和26在已知的预装步骤中进行预安装。根据上面所实施的技术之一，带轮30然后加载在环22上。
接下来，半轴40A和40B的每一个通过使套管42在轴线X2上对齐而配合在空间V24中，对于半轴40A来说如箭头F1所示，其作用是使端板46沿着平行于轴线X2并且通过球26的中心的方向Δ28面对轴承室28。换言之，法兰48相对于轴线X2和X40且从套管42向外径向延伸，直至轴承室28与外界隔离，这一点不必安装环22和24之间的接合，法兰48的端板46形成外径向部分。
作为选择，每个半轴40A或40B的套管42可二次成型在由空间V24形成的环24的中心孔中。
在本申请的意义上，法兰48径向延伸至轴承室28的事实对应于直径D48严格大于直径D24的事实。实际上，直径D48大于直径d22和D24的平均值。通常，直径D48甚至大于直径d22，如附图可见。
在半轴40A和40B的安装结构中，它们的法兰48沿着轴线X2设置在室28的每一侧上。
端板46不是平面的，而是包括内部环形的、平面的和径向的部分461以连接在垫圈44、远离轴线X40与套管42相对的扩散截头圆锥部分462以及平面和环形部分463，环形部分463垂直于轴线X40且限定法兰48的外径向边缘482。端板46的非平面结构允许它适合于环22和24的没有相同轴向长度的几何形状。
如图1的左侧或图4所示，在半轴安装在装置2中的结构中，垫圈44支撑抵靠环24的轴向表面242A或242B，而端板46的部分463不与环22接触，也不与带轮30接触。这与所使用的结构是一致的，内环24不围绕轴线X2旋转，不大于半轴40A和40B，而带轮30和外环24围绕该轴线旋转。
带轮30配备有肋36，其延伸在两个连接板35和37之间，其分别限定带轮30的内径向表面31和外径向表面32。肋36加强了带轮30的刚性，而比实体块更轻一些。在半轴40A和40B安装在装置2内的结构中，法兰48的边缘482通过与肋36的自由倾斜边缘362一起限定几十毫米量级的间隙J而延伸在肋36的自由倾斜边缘362附近。因此，边缘362和482与每个半轴40A和40B与带轮30之间的迷宫一起形成接合处，这有助于隔离轴承室28与外部并且避免其受到污染。
根据本发明未示出的选择性方案，并且作为带轮30变化的结果，唇可提供在法兰48的外径向边缘482上，并且可支撑抵靠带轮30的适合表面，以便形成唇连接。
作为选择，间隙J可限定在边缘482与环22的横向表面之间。
无论是迷宫连接还是唇连接的情况，轴承室28对外部污染的保护功能都由法兰48得以保证，并且得自于半轴40A或40B在图1的箭头F1的方向上简单安装在带轮装置2内。
在图4的构造中，螺丝8的头部82支撑抵靠半轴40B的垫圈44，而凸台6支撑抵靠半轴40A的垫圈44。因此，螺钉8紧固在攻丝7上导致最靠近于头部82的垫圈44的轴向推力E1，该垫圈44抵靠内环24。该轴向推力从凸台6诱导反作用力E’1，其朝着环24推动最靠近发动机机体4的垫圈44。换言之，由金属件施加的轴向力E1和E’1压紧环24，即在一侧的头部82和垫圈44以及在另一侧的凸台6和垫圈44。
垫圈44的轴向厚度表示为e44，平行于轴线X40测得，并且其径向厚度表示为l44，相对于该轴线在径向上测得。轴向厚度e44的值小于径向宽度l44的值。实际上，比率e44/l44包括在0.1和0.5之间，并且优选等于0.3。因此，垫圈44一方面适合于保证传输轴向力E1和E’1的功能，另一方面允许在垫圈44的两侧上的部件42和46的相对位置。垫圈44形成轴向和径向的间隔部件，因为它允许传输轴向力E1或E’1，并且因为它相对于彼此居中部件42和46。
应注意，垫圈44与内环24接触，这保证了装置2沿着轴线X2相对于发动机机体4的轴向保持。
轴承20和带轮30的所有构成元件传统上可在制造装置2的初始步骤中安装。于是，一方面可以通过考虑杆8的尺寸设定半轴40A和40B的位置，并且另一方面接口提供在发动机机体4上，特别是凸台6的存在及其尺寸。因此，装置2的装配可在确定其使用条件时予以确定。因此，能够预制大量的子组件，其每一个包括轴承20和带轮30，并且然后根据这些预装组件通过在发动机机体4上安装根据安装装置2的方法选择的一个或几个中空轴而结束带轮装置2的制造。例如，套管42的内径d42可适合于螺钉8的直径，并且垫圈的厚度e44可适合于凸台6和螺钉8的长度。换言之，每个中空轴40A和40B根据用于安装装置2在发动机机体4上的装置进行选择，该装置包括镙钉8和凸台6。
本发明不限于所示的实施例。选择性方案是可以考虑的。
套管42可由金属制造。再者，垫圈44可由合成材料制造，特别是由塑料材料制造，也可用纤维加强。
带轮30可形成轴承的外环。换言之，附图所示的元件22和30可形成单一件。
中空轴的套管可形成轴承的内环。换言之，图中所示的元件24和42可形成单一件。
取代二次成型在垫圈44上，套管42和/或端板46可安装为夹紧或卷压在垫圈44上。
特别有利的是套管42和端板46由相同的材料制造。这允许这样制造半轴，在模具中设定垫圈44，并且在单一操作中二次成型部件42和46。然而，作为选择，部件42和46可用两个不同的材料制造，这样在两个步骤的模制中允许利用这些部件的每一个的特定机械特性。
半轴40A和40B二者是相同的事实在生产上是有利的。作为选择，这些轴可为不相同的。特别是，两个半轴的套管42的长度可为不同的。
根据另一个选择性方案，采用单一的中空轴，其套管延伸在轴承的内环的整个长度上或者仅在该长度的一部分上。在后者的情况下，中空轴仅包括在其一端上的法兰。
根据本发明的进一步选择性方案，中空轴可轴向地延伸超过装置2的其余部分的横向边缘，特别是超过带轮30的横向边缘，从而该中空轴相对于诸如发动机机体4的支架形成独立的定位间隔部件。这在发动机机体不配备有凸台时是特别有利的，凸台例如为图4所示的凸台6。
根据制造半轴40A或40B的选择性方案，套管42和端板46彼此分开制作，特别是由塑料材料制作，然后采用适当的方法连接在垫圈44上，特别是通过硫化或粘合剂连接。
本发明在其应用于惰轮的情况下按如上描述。它也可应用于张紧辊、卷盘以及更通常应用于任何类型的带轮装置。
上面的实施例和所考虑的选择性方案可结合在一起，以便产生本发明的新的实施例。

Claims (11)

1.一种用于皮带(100)或链条的带轮装置(2)，包括
-轴承(20)，其设置有外环(22)、内环(24)以及安装在该外环和内环之间所限定的轴承室(28)中的至少一排滚动元件(26)，
-带轮(30)，其固定为随着该外环旋转，并且提供有用于与皮带或链条配合的外径向表面(32)，以及
-至少一个中空轴(40A,40B)，其能容纳螺钉(8)，用于将该带轮装置安装在支架(4)上，
该中空轴(40A,40B)形成一个结构单元，包括套管(42)和固定到该套管且相对于该中空轴的中心轴线(X40)从套管向外径向延伸直至轴承室(28)的法兰(48)，
其特征在于，该法兰(48)形成有垫圈(44)和端板(46)，并且在于该垫圈径向地设置在该套管(42)和该端板之间。
2.根据权利要求1所述的带轮装置，其特征在于，该法兰的外径向边缘(182)形成接合处(J)，其与该外环(22)和/或该带轮(30)配合，用于隔离该轴承室(28)与该带轮装置(2)的外部。
3.根据前述权利要求1至2其中之一所述的带轮装置，其特征在于，该垫圈(44)的形成材料比该端板(46)的材料更加刚性，并且设置为与轴向支架(E1,E’1)一起容纳螺钉(8)的头部，用于将该装置(2)安装在支架(4)上和/或该支架的凸起/凹陷部分(6)上。
4.根据权利要求3所述的带轮装置，其特征在于，该垫圈(44)是金属的，并且该端板(46)由合成材料、特别是聚酰胺6-6和/或包括加强纤维的材料制作。
5.根据权利要求1或2之一所述的带轮装置，其特征在于，该垫圈(44)设置有凸起/凹陷部分(442,446)，其与该套管(42)和/或该端板(46)的配对凸起/凹陷部分(422,466)配合且参与这些部件的相对固定。
6.根据权利要求1或2所述的带轮装置，其特征在于，该垫圈(44)的轴向厚度(e44)小于其相对于该中空轴的中心轴线(X40)的径向厚度(l44)。
7.根据权利要求6所述的带轮装置，其特征在于，该垫圈(44)的该轴向厚度(e44)与其轴向宽度(l44)的比率(e44/l44)包括在0.1和0.5之间，优选等于0.3。
8.根据权利要求1或2所述的带轮装置，其特征在于，它包括两个相同的中空轴(40A,40B)，其每一个形成一个结构单元，包括套管(42)和法兰(48)，该套管沿着该轴承的中心轴线(X2)对齐，并且该法兰的每一个沿着轴承(20)的该中心轴线(X2)设置在该轴承室(28)的一侧上。
9.一种根据前述权利要求之一的带轮装置(2)的中空轴的制造方法，其特征在于，它包括在该垫圈(44)上二次成型该套管(42)和/或该端板(46)的至少一个步骤。
10.一种用于皮带(100)或链条的带轮装置(2)的装配方法，该装置包括：
-轴承(20)，其设置有外环(22)、内环(24)以及安装在该外环和内环之间所限定的轴承室(28)中的至少一排滚动元件(26)，
-带轮(30)，其固定为随着该外环旋转，并且设置有用于与皮带或链条配合的外径向表面(32)，以及
-至少一个中空轴(40A,40B)，其能容纳螺钉(8)，用于将该带轮装置安装在支架(4)上，
该方法包括用于安装该轴承(20)和该带轮(30)的预备步骤，并且其特征在于，它包括预装步骤之后的步骤，并且包括使属于形成中空轴的结构单元(40A,40B)的套管(42)与轴承室(28)相对而沿着轴向方向(Δ28)配合(F1)在该轴承(20)的该内环(24)的内部(V24)，属于法兰(48)的端板(46)固定到套管且属于该结构单元，并且在于该端板与径向设置在该端板和该套管之间的垫圈(44)一起形成该法兰。
11.一种用于皮带(100)或链条的带轮装置(2)的装配方法，该装置包括：
-轴承(20)，其设置有外环(22)、内环(24)以及安装在该外环和内环之间所限定的轴承室(28)中的至少一排滚动元件(26)，
-带轮(30)，其固定为随着该外环旋转，并且提供有用于与皮带或链条配合的外径向表面(32)，以及
-至少一个中空轴(40A,40B)，其能容纳螺要(8)，用于将该带轮装置安装在支架(4)上，
该方法的特征在于，它包括如下步骤：
-在该轴承(20)的该内环(24)的内部(V24)二次成型属于形成中空轴的结构单元(40A,40B)的套管(42)，以及
-通过二次成型、粘合剂连接、紧固安装、卷压或硫化连接端板(46)在垫圈(44)上，以便形成该中空轴的法兰(48)。
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