CN106275057B - 轴向载荷承载组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于转向齿轮箱设备的轴向载荷承载组件，其包括第一构件、第二构件、护套以及弹性体环。第一构件包括相对于中心线轴向面对的第一表面。第二构件构造和布置为在延伸状态和压缩状态之间相对于第一构件轴向运动。第二构件包括轴向相对于第一表面的第二表面。护套与第一构件和第二构件中的一个接合，并且包括径向朝内面向的面。弹性体环轴向布置在第一构件和第二构件之间用于轴向压缩，并且至少在压缩状态时与所述面偏压接触，从而防止在轴向压缩期间弹性体环的径向扩展。

Description

轴向载荷承载组件

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年06月19日提出的美国临时性专利申请序列第62/182,111号的优先权，其通过引用以整体方式并入本文。

背景技术

本公开涉及轴向载荷承载组件，并且更具体地涉及一种包括弹性体环的轴向载荷承载组件，该弹性体环沿着行程的轴向范围提供多种力特性。

现有的轴向载荷承载组件(诸如轴承隔离器组件)试图吸收相关部件的制造公差、向轴承预加载轴向载荷以消除松动和不需要的轴承噪声、并且控制蜗杆行程和减速率。可通过调节布置在一对钢杯内的多个弹性体使得弹性体补偿零件与零件的尺寸变化来限制部件的行程的同时实现对蜗杆和轴承组件的制造公差的吸收。根据这样的方法，杯的形状和弹性体的形状使得当压缩组件时会产生特定力曲线。通过施加轴向力到内圈并在外圈上的轴承的相对侧上抵抗该力来试图完成轴承预加载。当弹性体变得不可压缩(例如，钢杯内的液压锁紧)蜗杆行程得到控制，并且通过使用粘合剂来提供传统组件的保持。

不幸地，这种传统轴承隔离器可在提供足够的行程范围以及期望的力特性的能力方面具有局限性。这种轴承隔离器可还缺乏调整能力以便通过沿着蜗杆轴线的必需行程范围提供期望的力特性。因此，需要具有一种在增加的行程范围上提供可调的力特性的轴向载荷承载组件。

发明内容

在本公开的一个示例性实施例中，可用于转向齿轮箱设备的轴向载荷承载组件包括第一构件、第二构件、护套，和弹性体环。第一构件包括相对于中心线轴向面向的第一表面。第二构件构造和布置为相对于第一构件在延伸状态与压缩状态之间轴向运动。第二构件包括轴向相对于第一表面的第二表面。护套接合到第一构件和第二构件中的一个，并且包括径向朝内面向的面。弹性体环轴向布置在第一和第二构件之间用于轴向压缩，并且至少在压缩状态时与所述面偏压接触，从而防止在轴向压缩期间弹性体环径向扩展。

在另一示例性实施例中，轴向缓冲器装置包括第一构件、第二构件、弹性构件和波纹环。第一构件围绕中心线延伸，并且第二构件轴向相对于第一构件，并构造和布置为相对第一构件轴向运动。弹性构件轴向布置在第一和第二构件之间并与其偏压接触。波纹环轴向布置在第一和第二构件之间并与其偏压接触。

在另一示例性实施例中，用于车辆的电动助力转向齿轮箱设备包括外壳，电马达，蜗杆轴齿轮，和轴向载荷承载组件。电马达由外壳支撑，并包括构造为围绕中心线旋转的马达轴。蜗杆轴齿轮由外壳可旋转地支撑并连接到马达轴。蜗杆轴齿轮构造和布置为相对于马达轴轴向转移。轴向载荷承载组件包括基部，基段，波形O形环，和护套。基部相对于外壳或蜗杆轴齿轮中的一个轴向固定。基段相对于外壳或蜗杆轴齿轮中的另一个轴向固定。波形O形环在基部和基段之间轴向布置用于压缩。护套从基部和基段中的一个轴向朝外突出并且朝向基部和基段中的另一个。波形O形环与护套的径向朝内面向的周向连续面偏压接触。

这些以及其它优点和特征将从结合附图的以下描述中变得更明显。

附图说明

视为本发明的主题在说明书的结束处的权利要求中特别指出并明确要求。本发明的上述和其它特征及优点从结合附图的以下详细描述是明显的，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的作为轴向缓冲器装置的一个应用的转向齿轮箱设备的透视横截面；

图2是转向齿轮箱设备的部分横截面，其示出用作轴承隔离器装置并轴向定位成邻近转向齿轮箱设备的轴承的轴向缓冲器装置，并从图1的圆2处所取；

图3是轴向缓冲器装置的横截面；

图4是具有部分被移除的轴向缓冲器装置的放大横截面；

图5是在图4中箭头5的方向上观看的轴向缓冲器装置的第一构件轴向视图；

图6是在图4中箭头6的方向上观看的轴向缓冲器装置的第二构件轴向视图；

图7是轴向缓冲器装置的环的透视图；

图8是弹簧刚度曲线图；

图9是环的第二实施例的透视图；和

图10是轴向缓冲器装置的轴向载荷承载组件的第二实施例的横截面。

具体实施方式

现在参考附图，其中本发明将参考具体实施例来描述，但不限制本发明，电动助力转向齿轮箱设备20示出为可以为轴承隔离器装置的轴向缓冲器装置22的一个非限制性应用。虽然未示出，但齿轮箱设备20可应用于本领域已知的单个小齿轮电动助力转向系统或柱型电动助力转向系统。转向齿轮箱设备20可包括轴承隔离器装置22、外壳24、蜗轮轴26和用于可转动地支撑蜗轮轴26的轴承28(示出两个)。轴承28可接合到外壳24并允许蜗轮轴26相对于外壳24和轴承28的有限轴向运动。齿轮箱设备20的旋转马达轴30在齿轮箱设备20的涡轮轴26和电马达32之间轴向连接。蜗轮轴26和马达轴30之间的连接可以是花键联接，从而允许两个轴26，30之间有限轴向运动。

参照图2，轴向缓冲器装置22示出为作为一个非限制性实例的轴承隔离器装置。轴承隔离器装置22、蜗轮轴26、和轴承28围绕可以是旋转轴线的中心线C同心定位。轴承28可大体保持固定到壳体24并大体有助于蜗轮轴26的无摩擦旋转。轴承隔离器装置22可布置在凸缘34与轴承28之间并轴向邻接凸缘34与轴承28，凸缘34从涡轮轴26径向朝外突出。在操作时，蜗轮轴26可轴向转移有限程度，从而导致凸缘34朝向轴承28轴向运动和从其远离。当凸缘34朝向轴承28运动时，轴承隔离器装置22可在其间弹性压缩。可构思并理解，蜗轮轴26可以是任意旋转轴，并且凸缘34仅是有助于轴承隔离器装置22的轴向压缩的轴向止动件的一个实例。

参照图3和4，轴承隔离器装置22可包括轴向载荷承载组件36和弹性构件38，该弹性构件38可以是在两个轴向相对表面或可以是环形形状的弹簧座40，42之间偏压接触的缠绕式金属弹簧。轴向载荷承载组件36可包括第一构件44、第二构件46、护套48和弹性体环50，其可全部大体围绕轴26和/或中心线C同心定位。在一个实施例中，第一构件44可轴向邻接轴承28，并且第二构件46可轴向邻接轴向相对的凸缘34。还构思和理解，弹性件38可以是构造并布置成施加抵抗第一构件44和第二构件46之间沿着中心线C的压缩的偏压力的任意结构。

第一构件44可包括基部52和护套48。基部52的形状可以是大体环形，并且可在一侧轴向接触(即，紧靠)轴承28，并在相反侧承载弹簧座40。护套48可以是周向连续的，可以是大体筒形形状，可从弹簧座40径向朝内布置，并且可远离轴承28并大体朝向第二构件46从基部52轴向朝外突出。第二构件46可包括基段56和套筒58。基段56的形状可以是大体环形，并且可在一侧轴向接触(即，紧靠)轴26的凸缘34并在相反侧承载弹簧座42。套筒58可以是周向连续的，可以是大体筒形形状，可布置成从弹簧座42径向朝内，并且可远离轴26的凸缘34并大体朝向第一构件44从基段56轴向朝外突出。

在一个实例中，第一构件44的护套48可大体布置为从第二构件46的套筒58径向朝外。护套48和套筒58在操作期间可彼此轴向重叠并可重叠不同量。即，当轴向缓冲器装置22轴向压缩时，护套48和套筒58以增加的角度重叠。护套48可包括内表面60，相对的外表面62和远端部64。内表面60可以是周向连续的和/或筒形的，并可朝向弹性体环50径向朝内面向。外表面62可以是周向连续的和/或筒形的，并可朝向弹簧38径向朝外面向。远端部64可大体在内表面60和外表面62之间径向横跨，并可大体与第二构件46的基段56相对。套筒58可包括内表面66，相对的外表面68和远端部70。内表面66可以是周向连续的和/或筒形的，并可朝向轴26径向朝内面向。外表面68可以是周向连续的和/或筒形的，并可朝向弹簧38和护套48的内表面60径向朝外面向。

第一构件44的基部52可包括或承载表面或环座72，该环座72可布置为从护套48径向朝向。第二构件46的套筒58可包括或承载表面或与环座72轴向相对的环座74。环50布置在座72，74之间用于轴向压缩。

当轴向缓冲器装置22完全组装且处于延伸状态时(即如图4所示)，弹簧38可在相对的弹簧座40，42上施加减小的载荷。同样地并且当轴向缓冲器装置22处于延伸状态时，环50可在相对的环座72，74上施加减小的载荷。

参照图4至图6，在一个实施例中，轴向缓冲器装置22可包括一个或多个保持和/或对齐特征件76(即，索引特征件)，以有助于轴向缓冲器装置22在功能配置中的组装、对齐和保持，并进一步限定轴向缓冲器装置22行程的轴向路径(参照图4中的箭头78)。索引特征件76可包括一个或多个周向隔开的突片80(即，示出两个)和由第一构件44的护套48承载的相关联的凹口82(见图6)，以及对应突片84和由第二部件46的套筒58承载的相关联的凹口86。突片80，84和相关联的凹口82，86大体位于相应护套48和套筒58的远端部处。

索引特征件76的突片80可从护套48的远端部径向朝内突出，并且大体由凹口82彼此周向间隔开。即，凹口82的周向边界由相邻突片80限定。在本实施例中，凹口82的周向长度可大体大于突片80的周向长度。索引特征件76的突片84可从套筒58的远端部径向朝外突出，并大体由凹口86彼此周向间隔开。即，凹口86的周向边界由相邻突片84限定。在本实施例中，凹口86的周向长度可大体小于突片84的周向长度。突片80的周向长度可大约等于凹口86的周向长度，并且突片84的周向长度可大约等于凹口82的周向长度。

在轴向缓冲器装置22的组装期间，与第一构件44相关联的突片80和与第二构件46相关联的凹口86周向对齐；和/或，与第二构件相关联的突片84和与第一构件44相关联的凹口82周向对齐。一旦对齐，构件44，46可一起轴向运动(即，朝向压缩状态)，使得突片80，84轴向运动通过相关联的凹口82，86(即，如图5和6所示，在对齐但非锁定状态)。构件44，46然后可相对于彼此旋转，从而使得突片80周向对齐到突片84(即，轴向锁定状态)。当轴向缓冲器装置22被组装并处在延伸状态，突片80和84之间的轴向接触由于弹簧38和/或环50产生的任何轴向载荷而防止构件44，46分离。在一个实施例中，当装置22处于延伸状态时，可在护套48的远端部64和基段56的表面42之间测量行程78的最大轴向路径(即，距离)。

在轴向缓冲器装置22的操作期间，每个突片80的可径向朝内面向的远端部表面88(见图4和6)，可与套筒58的外表面68滑动接触。该滑动接触限制第一构件44相对于第二构件46的相对运动，并可至少部分限定行程78沿着中心线C的轴向路径。在一个实例中，每个突片84的可径向朝外面向的远端部表面90和护套48的内表面60可限定径向间隙92。径向间隙92可构造成当第一构件44和第二构件46在行程78的路径内轴向运动时避免突片84和护套48之间的干涉。

参照图3和7，轴向载荷承载组件36的环50可作为缓冲器，并且可进一步缓冲沿着根据轴向位移的期望预定载荷分布图(参见图8)的蜗轮轴26的轴向运动。环50可以是弹性可压缩的，可由弹性体材料制成，并且还可以是波纹环诸如，例如波形O形环。在一个实施例中，波纹O形环50可具有在围绕中心线C的所有周向位置处大体保持相同的圆形横截面。在一个实例中，O形环50的经线可大体为正弦形状。即，O形环50可包括多个端部相连接的波段94以形成连续环。每个波段94具有顶点96，其中，周向相邻顶点96相对于中心线C在轴向相对方向上突出。当轴向载荷承载组件36处于延伸状态时，交替的顶点96可与相对的座72，74轻微接触，并且抵靠座72，74施加以抵抗组件36压缩的任何偏压力可为零或最小化。

波形O形环50可具有大于筒形表面60的周向长度的纵向长度(在周向上和轴向上测量)。当轴向载荷承载组件36处于延伸状态时，O形环50可从护套48的表面60轻微径向朝内间隔开；或者可与表面60轻微接触。

在操作时并且当轴向缓冲器装置22从延伸状态并朝向压缩状态轴向运动时，第二构件46可远离轴凸缘34(参照图2)并朝向第一部件44作轴向运动，该第一部件44可与轴承28保持接触。在该轴向位移情况下，弹簧座40，42朝向彼此作轴向运动，从而压缩螺旋弹簧38并抵抗弹簧的偏压力。同时和/或在构件44，46继续朝向彼此轴向运动时，波纹O形环50继续轴向压缩并且抵抗构件运动所施加的O形环偏压力随着波段94大体变平而增加。

在座72，74之间的波段94轴向变平的情况下，O形环50试图径向朝外扩展，从而造成O形环50抵靠护套48的筒形表面60施加朝外引导的径向偏压力。此外，随着波段94变平，O形环50可沿着其自身长度(即，沿其自身的横截面轴线)周向压缩，从而产生内部周向偏压力。更具体地，在柱压缩模型的(多个)等式下可大体观察O形环50的周向压缩，即使“柱”围绕圆缠绕也适用所述等式。这可能是从O形环50的轴线(即，通过并一直沿着横截面的中心运行的轴线)向下的该柱压缩，这致使迫使O形环50返回到其初始波形并且不足够大使波弯曲的压缩力的至少一部分。换句话说，因为每个波段94的长度在变平过程期间都被压缩得更短，所以产生了周向载荷/力(即，不只是波段弯曲变平的事实)。

最终受压状态是由约束性几何结构指示的容积性液压压缩。可将径向和周向偏压力转换成轴向力，该轴向力作用成抵抗构件44，46轴向上朝向彼此的进一步运动。一旦波形部94大体变平，构件44，46可仍朝向彼此轴向运动，但随着不断增加的高阻弹簧刚度，只能运动小段距离。波纹O形环50的大体设计采用由弹簧38和波纹O型环50产生的更受控和有限的压缩抵抗载荷来赋予更大程度的轴向位移。

参照图8，示出载荷L相对于轴向位移或行程T的图表以描绘两个弹簧刚度曲线110，112。每个弹簧刚度曲线110，112可描述为具有两个明显不同的部分(低弹簧刚度和高弹簧刚度)，其中在两个部分之间具有过渡区。期望的(多个)曲线将具有处于低弹簧刚度压缩的大量轴向运动和然后小的过渡区到处于高压缩率的少量轴向位移。

在一个实例中，弹性构件38是金属螺旋弹簧，其构造成在与第二构件46相对第一构件44沿着行程78的路径的第一部分(参照图4中箭头100)运动相关对弹性构件38进行压缩时提供在大约二(2)牛顿和大约一百(100)牛顿之间的力，该行程78对应于在大约零(0)毫米到大约五(5)毫米之间的蜗杆轴线冲程(即，行程78的路径内的可操作范围)。

在另一实例中，弹性构件38构造成在与第二构件46相对第一构件44沿着行程78的路径的第一部分140运动相关对弹性构件38进行压缩时提供在大约五(5)牛顿和一百(100)牛顿之间的力，该行程78对应于在大约零(0)毫米到二(2)毫米之间的蜗杆轴线冲程。

参照图9，示出了波纹环的第二实施例，其中与第一实施例相同的元件具有相同标识的标号，除了加入主符号后缀。波纹环或O形环50′可具有非圆形的横截面。相反，横截面可大体为椭圆形并在轴向方向上伸长。O形环50′可包括在O型环50′的第一轴向部分104中彼此周向间隔开的分开部(divit)102，以及在O形环50′的相对的第二轴向部分108中相似型式的分开部106。分开部102和分开部106构造为在周向上彼此偏移，从而形成波几何结构。O形环几何结构还可为简化制造并仍大体具有波形式的任何其它形状。

参照图10，示出了轴向载荷承载组件36的第二实施例，其中与第一实施例相同的元件具有相同标识的标号，除了加入主符号后缀。轴向载荷承载组件36′包括第一构件44′、第二构件46′、和波形O形环50′。轴26′(例如，旋转的马达轴)可沿中心线C延伸通过构件44′，46′。轴26′可包括凸缘34′，其径向朝外突出并轴向邻接第一构件44′。第二构件46′可以是固定的和/或静止的。例如，第二构件46′可以是马达壳体的部分。当轴26′轴向转移时，凸缘34′承载在第一构件44′上，使得第一构件朝向第二构件46′运动，从而使得波形的O形环50′轴向压缩并变得抵靠第一构件44′的外护套48′偏压。

2015年6月9日公布的美国专利9,051,968通过引用整体并入本文。

虽然已仅关于有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但应容易理解，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，可对本发明进行修改以包括此前未描述的并与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型，变更，替换或等效布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应理解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不被视为由上文描述所限制。

Claims (12)

1.一种轴向载荷承载组件，其包括：

第一构件，其包括相对于中心线轴向面向的第一表面；

第二构件，其构造和布置成相对于所述第一构件在延伸状态与压缩状态之间轴向运动，所述第二构件包括与所述第一表面轴向相对的第二表面；

护套，其接合到所述第一构件和所述第二构件中的一个并包括径向朝内面向的面；和

弹性体环，其轴向布置在所述第一构件和所述第二构件之间用于轴向压缩，并且其中至少在所述压缩状态时所述弹性体环与所述径向朝内面向的面偏压接触，从而防止在轴向压缩期间所述弹性体环的径向扩展，

所述弹性体环是波纹环，所述波纹环在所述延伸状态时与所述第一表面和所述第二表面中的至少一个间断性周向接触并且当所述第二构件从所述延伸状态并朝向所述压缩状态运动时至少与所述第一表面和所述第二表面中的至少一个周向连续接触。

2.如权利要求1所述的轴向载荷承载组件，其中，所述弹性体环包括比所述径向朝内面向的面的周向长度大的外纵向长度。

3.如权利要求2所述的轴向载荷承载组件，其中，所述第一构件布置成与所述第二构件同中心，并且所述径向朝内面向的面是筒形并以所述中心线为中心。

4.如权利要求3所述的轴向载荷承载组件，其中，所述第二构件是轴向延伸通过所述第一构件的轴。

5.如权利要求4所述的轴向载荷承载组件，其中，所述第一表面和所述第二表面是环形。

6.一种轴向缓冲器装置，其包括：

第一构件，其围绕中心线延伸且包括相对于中心线轴向面向的第一表面；

第二构件，其与所述第一构件轴向相对并且构造和布置为相对于所述第一构件轴向运动，所述第二构件包括与所述第一表面轴向相对的第二表面；

弹性构件，其轴向布置在所述第一构件和所述第二构件之间并与所述第一构件和所述第二构件偏压接触；和

波纹环，其轴向布置在所述第一构件和所述第二构件之间并与所述第一构件和所述第二构件偏压接触，所述波纹环在延伸状态时与所述第一表面和所述第二表面中的至少一个间断性周向接触并且当所述第二构件从所述延伸状态并朝向压缩状态运动时至少与所述第一表面和所述第二表面中的至少一个周向连续接触。

7.如权利要求6所述的轴向缓冲器装置，其中，所述弹性构件是布置成轴向于所述波纹环并从所述波纹环径向朝外间隔开的弹簧。

8.如权利要求6所述的轴向缓冲器装置，其中，所述第一构件包括基部和从所述基部并朝向所述第二构件轴向突出的周向连续护套，并且其中，所述护套径向布置在所述弹性构件和所述波纹环之间。

9.如权利要求8所述的轴向缓冲器装置，其中，所述基部包括与所述波纹环偏压轴向接触的第一环形座，并且所述护套包括径向朝内面向并与所述波纹环偏压接触的面。

10.如权利要求9所述的轴向缓冲器装置，其中，所述波纹环包括比所述面的周向长度大的周向长度。

11.如权利要求9所述的轴向缓冲器装置，其中，所述第二构件包括基段和从所述基部并朝向所述第一构件轴向突出的周向连续套筒，所述套筒在远端部处包括与所述波纹环偏压接触的第二环形座。

12.如权利要求11所述的轴向缓冲器装置，其中，所述套筒布置成从所述护套径向朝内。