CN105339691A - 具有分割的扭矩滑移的公差环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种公差环(100)，其适合于部署在内部部件和外部部件之间。公差环包括大体圆柱形主体(102)。侧壁(104)可以包括未变形部分(122)。侧壁还可以包括多个波形结构(130)。波形结构可以从未变形部分径向突出。一些或全部波形结构可以向内突出或者可以向外突出。此外，当放置在具有内部部件和外部部件的组件中时公差环可以具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1。包括内部部件、外部部件和公差环的组件的扭矩断点是滑移发生时的扭矩。

Description

具有分割的扭矩滑移的公差环
技术领域
本公开涉及公差环，特别地涉及提供部件之间的扭矩耦合效应的公差环。
背景技术
本公开涉及公差环和组件，其中公差环提供组件的部件之间的干涉配合。
改进的工程技术导致需要机械零件的更大精度，提高了制造成本。在压配合、花键、销或键槽在诸如带轮、飞轮、转子或驱动轴的应用中用于传递扭矩或防止诸如定子、主框架、下部框架和压缩器外壳的部件之间的相对运动的情况下需要很紧的公差。
公差环可以用于提供传递扭矩所需的部件之间的干涉配合。公差环提供产生不能被机械加工到精确尺度的部件之间的干涉配合的有效手段。公差环具有许多其它潜在的优点，如补偿部件之间的不同线性膨胀系数，允许快速的装置组装，和耐用性。
公差环一般包括弹性材料、例如金属(如弹簧钢)的条带，其端部靠拢在一起以形成环。突起的带从环径向向外和/或径向向内朝着环的中心延伸。通常，突起是成形部，可能是规则成形部，如皱褶、脊、波状部。
当环位于例如轴承和轴承位于其中的外壳中的腔孔之间的环形空间中时，突出被压缩。每个突起用作弹簧并且将径向力施加到轴承和腔孔的表面，提供轴承和外壳之间的干涉配合。滑动轴可以自由地轴向移动通过轴承，同时轴承保持固定地安装在外壳内。
尽管公差环通常包括弹性材料的条带，所述条带通过重叠条带的端部弯曲以允许环的容易变形，但是公差环也可以制造成环形带。当在下文中使用时术语“公差环”包括这两种类型的公差环。
因此，工业上仍然需要改进公差环，特别是安装在转向组件内的公差环。
附图说明
参考附图可以更好地理解本公开，以及对于本领域技术人员来说显而易见的它的许多特征和优点。
图1A包括根据第一实施例的公差环的透视图。
图1B包括根据第一实施例的公差环的横截面图。
图2包括根据第一实施例的公差环的波形结构的部分横截面图。
图3A和3B包括根据第一实施例的公差环的波形结构的注释的部分横截面图。
图4A包括根据第二实施例的公差环的透视图。
图4B包括根据第二实施例的公差环的横截面图。
图5包括根据第二实施例的公差环的波形结构的部分横截面图。
图6A包括根据第三实施例的公差环的透视图。
图6B包括根据第三实施例的公差环的横截面图。
图7包括根据第三实施例的公差环的波形结构的部分横截面图。
相同附图标记在不同图中的使用指示相似或相同的项。
具体实施方式
以下描述涉及公差环，并且在一种情况下，涉及可以在转向组件内安装在用于滑动轴的衬套和外壳之间的公差环。在一方面，公差环适合于部署在内部部件和外部部件之间。公差环包括大体圆柱形主体。圆柱形主体具有中心轴线。圆柱形主体还可以包括限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁。侧壁可以包括未变形部分。侧壁的未变形部分是没有突起、波形部、延伸部、槽口、开口和其它表面变形的区域。然而，未变形区域允许该部分与圆柱形主体的曲率对准。
侧壁还可以包括多个波形结构。波形结构可以从未变形部分径向地突出。一些或全部波形结构可以向内突出，即，波形结构的顶点比未变形部分更靠近中心轴线。在另一实施例中，一些或全部波形结构可以向外突出，即，波形结构的顶点比未变形部分更远离中心轴线。
此外，当放置在具有内部部件和外部部件的组件中时公差环可以具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1。包括内部部件、外部部件和公差环的组件的扭矩断点是滑移发生时的扭矩。
可以类似于或如关于汽车的欧盟委员会指令95/56/EC(1995年11月8日)中针对转向装置所述地测量扭矩滑移。一般而言，可以用测试组件确定扭矩断点，所述测试组件包括具有中心轴线的内部部件，外部部件，其中外部部件保持静止，即围绕中心轴线不可旋转，并且内部部件围绕中心轴线可旋转。公差环放置在内部部件和外部部件之间并且对准以与内部部件共用中心轴线。扭矩施加到内部部件并且扭矩断点被限定为发生内部部件的滑移所必需的扭矩。可以在顺时针以及逆时针旋转中确定扭矩断点。
根据实施例，当放置在组件中时公差环可以具有在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2。在第一方面，T1/T2的比率>1，即，顺时针旋转所需的扭矩不同于逆时针旋转所需的扭矩。
在第二方面，组件可以包括外部部件。外部部件可以包括腔孔。组件还可以包括布置在腔孔内的内部部件。外部部件和内部部件共用相同中心轴线。组件还可以包括安装在内部部件和外部部件之间的公差环。公差环包括大体圆柱形主体。大体圆柱形主体具有与内部部件和外部部件的中心轴线对准的中心轴线。公差环还可以包括限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁。侧壁可以包括未变形部分。侧壁还可以包括从未变形部分径向突出的多个波形结构。波形结构可以向内或向外突出，或甚至交替，即，一些向内突出并且一些向外突出。组件可以具有在第一旋转方向上的内部部件和外部部件之间的第一扭矩断点T1。组件还可以具有在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2。T1/T2的比率>1，即，顺时针旋转所需的扭转力矩不同于逆时针旋转的扭转力矩。
现在参考图1A和1B，示例性公差环被示出并且大体标示为100。如图1中所示，公差环100可以包括具有大体圆柱形未变形侧壁104的大体圆柱形主体102。侧壁104可以包括位于第一轴向端部处的顶部106和位于与第一轴向端部相对的第二轴向端部处的底部108。此外，侧壁104可以包括第一端部110和第二端部112。而且，可以在侧壁104的第一端部110和第二端部112之间建立间隙114。间隙114可以完全延伸通过侧壁104以便形成公差环100的侧壁104中的裂缝。如图1A中所示，公差环100可以包括中心轴线116。
公差环100的侧壁104可以包括靠近或邻近侧壁104的顶部106的上部未变形带120。侧壁104也可以包括靠近或邻近侧壁104的底部108的、与上部未变形带120相对的下部未变形带122。未变形部段124可以沿着侧壁104的长度在未变形带120和122之间并且从其轴向地延伸。
如图1A和1B中所示，公差环100可以包括形成于侧壁104中的多个波形结构130。波形结构130可以从侧壁104径向向外或向内(未显示)远离或朝着公差环100的中心轴线116突出。
每个波形结构130可以仅仅连接到未变形部段124使得波形结构130的靠近未变形带120和122的部分敞开。在另一实施例中，波形结构130可以连接到未变形部段124和未变形带120和122。如图1B中所示，每个未变形部段124位于相邻的波形结构130之间并且每个波形结构130位于相邻的未变形部段124之间，从而波形结构130和未变形部段124交替围绕侧壁104的圆周。
如图1A中所示，公差环100可以包括波形结构的一个行或带。在其它实施例(未显示)中，公差环可以包括波形结构的两个行或带；波形结构的三个行或带；等。此外，每行中的波形结构的总数量NWS可以为≥3，如≥4、≥5、≥6、≥7、≥8、或≥9。此外，NWS≤30、≤25、≤20、或≤15。NWS可以在以上NWS值中的任何一个之间且包括该值的范围内。在特定实施例中，如图1A和1B中所示，NWS可以为15。
参考显示一个波形结构130的公差环100的部分横截面图的图2。波形结构130可以具有非对称轮廓。如图3A中所示，波形结构130可以跨越未变形部段|AB|，即，由沿着公差环的图3A中的未变形带的点A和B限制的部段。部段|AB|包括中点MAB。从中心轴线116延伸并且通过中点MAB的平面rc将波形结构130平分成两个部分p1和p2，如图3A中所示。部分p1从点A延伸到点D；部分p2从点D延伸到点B。
参考图3B，相应地，部分p1具有位于|AD|之间的中途的中点MP1并且部分p2具有位于|DB|之间的中途的中点MP2。图3B公开了部分p1和接触MP1的切线斜率s1。斜率s1可以由s1和rc之间的角α确定。绝对斜率值|s1|＝tan(α-90°)。类似地，部分p2具有在中点MP2处的切线斜率s2，其以角β切分rc。因此，绝对斜率值|s2|＝tan(β-90°)。在实施例中，|s1|不同于|s2|。
在一个实施例中，如图3B中所示，|s2|>|s1|。在另一实施例中，|s2|/|s1|的比率大于1，如大于1.1、大于1.2、大于1.4、大于1.8、大于2.0、大于2.5、大于3.0、大于4.0、大于5.0、或大于10。在另一实施例中，比率|s2|/|s1|小于10.5，如小于5.5、小于4.5、小于3.5、小于2.8、小于2.3、小于2.1、小于1.9、小于1.7、小于1.5、或小于1.3。在又一实施例中，|s2|/|s1|的比率可以在1.1到3.5的范围内，如1.4到3.0。
现在参考图4A和4B，示例性公差环示出为包括与图1A至图3B中所示相同的元件，有一个除外。如图4A中所示，延伸部402位于波形结构130之间。延伸部402在与相邻波形结构的方向相反的方向上径向地突出。如图4A中所示，波形结构130可以通过未变形区域424从延伸部402分离。
在又一实施例中并且如图5中所示，延伸部402可以具有终止边缘404。边缘404可以从未变形部分424断开。替代地(未在图5中显示)，边缘404可以连接到部分424。
在又一实施例中，延伸部不通过未变形区域从相邻波形结构130分离，如图6中所示。在这里，延伸部602连接到相邻波形结构130。如图7中所示，延伸部602可以包括终止边缘604，所述终止边缘可以从未变形部分624断开。替代地(未显示)，终止边缘可以保持从未变形侧壁部分624连接。
公差环100可以用于包括外部部件和内部部件的组件中，外部部件具有形成于外部部件中的腔孔，内部部件布置在腔孔内。外部部件可以是形成有腔孔的外壳并且内部部件可以是齿条轴轴承。此外，公差环100可以安装在内部部件和外部部件之间。
在一个实施例中，内部部件可以具有与延伸部402或602接合的表面结构。在特定实施例中，这样的表面结构可以在组装时与公差环的内表面一致。例如，内部部件可以具有凹槽、槽口或凹痕。在又一特定实施例中，凹痕可以具有V形横截面。在另一实施例中，内部部件的横截面可以具有U形凹痕、L形凹痕、J形凹痕或它们的任何组合。
在特定方面，本文中所述的公差环100可以由金属、金属合金或它们的组合制造。金属可以包括含铁金属。此外，金属可以包括钢。钢可以包括不锈钢，如奥氏体不锈钢。而且，钢可以包括包含铬、镍或它们的组合的钢。例如，钢可以是X10CrNi18-81.4310不锈钢。此外，公差环可以包括维氏角锥硬度VPN，其可以≥350，如≥375、≥400、≥425、或≥450。VPN也可以≤600、≤500、≤475、或≤450。VPN也可以在本文中所述的VPN值中的任何一个之间且包括该值的范围内。在另一方面，公差环可以被处理以增加其抗腐蚀性。特别地，公差环可以被钝化。例如，可以根据ASTM标准A967钝化公差环。
在一个特定实施例中，内部部件由具有小于公差环VPNTR的VPNIC的材料制造，即VPNIC<VPNTR。因此，公差环由比内部部件更硬的材料制造。因此，对于包括向内延伸部402或602的公差环，终止边缘404或604可以在组装时将凹痕压印到内部部件的配合表面中。
在另一方面，形成公差环100的原材料可以具有厚度T，并且T可以≥0.1m，如≥0.2m、≥0.3m、≥0.4m、≥0.5m、或≥0.6m。在另一方面，T可以≤1.0mm、≤0.9mm、或≤0.8mm。而且，T可以在以上公开的T值中的任何一个之间且包括该值的范围内。
公差环100可以具有总外径OD，并且OD可以≥37.5m，如≥40m、≥45m、≥50m、≥55m、或≥60m。OD可以≤37.5mm，如≤35mm、或≤30mm。此外，OD可以在本文中公开的OD值中的任何一个之间且包括该值的范围内。
在另一方面，公差环可以具有总长度L，并且L可以≥233mm、≥235mm、≥240mm、≥250mm、或≥260mm。L可以≤233mm，如≤230mm、≤225mm、≤220mm、或≤210mm。而且，L可以在以上公开的L值中的任何一个之间且包括该值的范围内。
总结本公开，但不限制内容，包括以下项：
项1.一种适合于部署在内部部件和外部部件之间的公差环，其包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁，
其中所述侧壁包括：
未变形部分；以及
从所述未变形部分径向突出的多个波形结构，
其中所述公差环适合于具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1和在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2，其中T1/T2的比率>1。
项2.一种组件，其包括：
包括腔孔的外部部件；
布置在所述腔孔内的内部部件；以及
安装在所述内部部件和所述外部部件之间的公差环，所述公差环包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一
轴向端部和第二轴向端部的侧壁，
其中所述侧壁包括：
未变形部分；以及
从所述未变形部分径向突出的多个波形结构，
其中所述公差环适合于具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1和在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2，其中T1/T2的比率>1。
项3.一种分割扭矩传递的方法，所述方法包括：
提供组件，所述组件包括：
包括腔孔的外部部件，
布置在所述腔孔内的内部部件，以及
安装在所述内部部件和所述外部部件之间的公差环，所述公差环包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁，其中所述侧壁包括未变形部分；以及从所述未变形部分径向突出的多个波形结构；以及
在第一旋转方向上围绕所述中心轴线将扭矩施加到所述内部部件或所述外部部件，其中在所述第一旋转方向上的扭矩断点T1是不同的。熟练技术人员可以认识到其它应用可以使用具有本文中所述的一个或多个特性的公差环。
项4.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其还包括沿着所述主体的整个轴向长度延伸的间隙，其中所述间隙建立所述主体中的裂缝。
项5.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中当在垂直于所述中心轴线的平面中观察时每个波形结构具有非对称横截面。
项6.根据项5所述的公差环、组件或方法，其中平分所述非对称横截面的径向线将所述横截面分成第一弧和第二弧。
项7.根据项6所述的公差环、组件或方法，其中所述第一弧具有在中点MP1处的第一切线斜率s1的绝对值并且所述第二弧具有在中点MP2处的第二切线斜率s2的绝对值，并且|s1|≠|s2|。
项8.根据项7所述的公差环、组件或方法，其中|s2|/|s1|的比率大于1，如大于1.1、大于1.2、大于1.4、大于1.8、大于2.0、大于2.5、或大于3.0，但是不大于20。
项9.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中每个波形结构在第一径向方向上突出，所述公差环还包括多个延伸部，每个延伸部在与所述第一径向方向相反的第二径向方向上突出。
项10.根据项9所述的公差环、组件或方法，其中所述延伸部还包括终止边缘，所述终止边缘从所述侧壁断开。
项11.根据项10所述的公差环、组件或方法，其中所述终止边缘适合于摩擦地接合所述内部部件或所述外部部件从而提供T1/T2的增加。
项12.根据项11所述的公差环、组件或方法，其中T1/T2的增加为至少0.05，如至少0.1、至少0.2、至少0.5、至少0.7、至少1、至少2、至少10、至少20、至少30、或至少50，但是不大于1000。
项13.根据项9所述的公差环、组件或方法，其中每个延伸部从相应的波形结构的横向侧延伸，其中所述延伸部和相应的波形结构的所述横向侧从所述侧壁断开。
项14.根据项9所述的公差环、组件或方法，其中所述内部部件或所述外部部件还包括适合于接收所述延伸部的结构化表面。
项15.根据项14所述的公差环、组件或方法，其中当在垂直于所述中心轴线的平面中观察时所述内部部件或所述外部部件的所述结构化表面的横截面包括V形凹痕、U形凹痕、L形凹痕、J形凹痕或它们的任何组合。
项16.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中T1/T2的比率大于1.05，如大于1.1、大于1.2、大于1.5、大于2、大于5、大于10、大于15、大于20、大于30、大于50、大于70、大于100，但是不大于1000。
项17.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中所述公差环包括碳钢、不锈钢、弹簧钢、因科内尔合金、蒙乃尔合金、incalloy、phynox或铜-铍。
项18.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中所述公差环具有至少50的维氏硬度HV，如至少55、至少60、至少65、至少70、至少75、至少80、至少85、至少90、至少95、至少100、至少110、至少115、至少120、至少125、至少130、至少135、至少140、至少145、至少150、至少160、至少170、至少180、至少190、或至少200。
项19.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中所述公差环具有不大于600的维氏硬度HV，如不大于550、不大于500、不大于450、不大于400、不大于350、不大于300、或不大于250。
项20.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中所述公差环具有维氏硬度HVTR并且所述内部部件具有维氏硬度HVIC，其中HVTR/HVIC＞1。
项21.根据项20所述的公差环、组件或方法，其中HVTR/HVIC大于1.05，如大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2.0、大于2.5、或大于3，但是不大于30。
项22.根据前述项中的任一项所述的公差环、组件或方法，其中所述公差环具有维氏硬度HVTR并且所述外部部件具有维氏硬度HVOC，其中HVTR/HVOC＞1。
项23.根据项22所述的公差环、组件或方法，其中HVTR/HVOC大于1.05，如大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2.0、大于2.5、或大于3，但是不大于30。
以上公开的主题将被认为是示例性的而不是限制性的，并且附带的权利要求旨在涵盖属于本发明的真实范围内的所有这样的修改、增强和其它实施例。因此，在法律允许的最大范围内，本发明的范围将由以下权利要求及其等效物的最宽容许解释确定，并且不应当由前面的详细描述约束或限制。
另外，在前面的详细描述中，为了简化本公开，各种特征可以被分组在一起或在单个实施例中被描述。本公开不应当被解释为反映的意图是要求权利的实施例需要比每个权利要求中明确叙述的更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的，本发明的主题可以涉及少于任何公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求被包含到详细描述中，每个权利要求独立地限定单独要求保护的主题。

Claims (15)

1.一种适合于部署在内部部件和外部部件之间的公差环，其包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁，
其中所述侧壁包括：
未变形部分；以及
从所述未变形部分径向突出的多个波形结构，
其中所述公差环适合于具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1和在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2，其中T1/T2的比率>1。
2.一种组件，其包括：
包括腔孔的外部部件；
布置在所述腔孔内的内部部件；以及
安装在所述内部部件和所述外部部件之间的公差环，所述公差环包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁，
其中所述侧壁包括：
未变形部分；以及
从所述未变形部分径向突出的多个波形结构，
其中所述公差环适合于具有在第一旋转方向上的第一扭矩断点T1和在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上的第二扭矩断点T2，其中T1/T2的比率>1。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其还包括沿着所述主体的整个轴向长度延伸的间隙，其中所述间隙建立所述主体中的裂缝。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其中当在垂直于所述中心轴线的平面中观察时每个波形结构具有非对称横截面。
5.根据权利要求4所述的公差环或组件，其中平分所述非对称横截面的径向线将所述横截面分成第一弧和第二弧。
6.根据权利要求5所述的公差环或组件，其中所述第一弧具有在中点MP1处的第一切线斜率s1的绝对值并且所述第二弧具有在中点MP2处的第二切线斜率s2的绝对值，并且|s1|≠|s2|。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其中每个波形结构在第一径向方向上突出，所述公差环还包括多个延伸部，每个延伸部在与所述第一径向方向相反的第二径向方向上突出。
8.根据权利要求7所述的公差环或组件，其中所述延伸部还包括终止边缘，所述终止边缘从所述侧壁断开。
9.根据权利要求8所述的公差环或组件，其中所述终止边缘适于摩擦接合所述内部部件或外部部件以提供增大的T1/T2。
10.根据权利要求7所述的公差环或组件，其中每个延伸部从相应波形结构的横向侧延伸，其中所述延伸部和相应波形结构的所述横向侧从所述侧壁断开。
11.根据权利要求7所述的公差环或组件，其中所述内部部件或所述外部部件还包括适合于接收所述延伸部的结构化表面。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其中所述公差环包括碳钢、不锈钢、弹簧钢、因科内尔合金、蒙乃尔合金、incalloy、phynox或铜-铍。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其中所述公差环具有维氏硬度HVTR并且所述内部部件具有维氏硬度HVIC，其中HVTR/HVIC>1。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的公差环或组件，其中所述公差环具有维氏硬度HVTR并且所述外部部件具有维氏硬度HVOC，其中HVTR/HVOC>1。
15.一种分割扭矩传递的方法，所述方法包括：
提供组件，所述组件包括：
包括腔孔的外部部件，
布置在所述腔孔内的内部部件，以及
安装在所述内部部件和所述外部部件之间的公差环，所述公差环包括：
大体圆柱形主体，所述大体圆柱形主体具有中心轴线和限定第一轴向端部和第二轴向端部的侧壁，其中所述侧壁包括未变形
部分；以及从所述未变形部分径向突出的多个波形结构；以及
在第一旋转方向上围绕所述中心轴线将扭矩施加到所述内部部件或所述外部部件，其中在所述第一旋转方向上的扭矩断点T1不同于在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上的扭矩断点T2。
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