CN107917138A - 角接触球轴承和变速器组件 - Google Patents

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Abstract

指明了一种角接触球轴承，包括以下特征：外滚动元件，其包括第一滚动面；内滚动元件，其包括第二滚动面；在这两个滚动元件之间，仅一列球被设置成在所述第一滚动面和所述第二滚动面上滚动；所述球的直径Dw、所述外滚动元件的外径D和所述内滚动元件的内径d被选择使得它们彼此具有以下关系：。

Description

角接触球轴承和变速器组件
技术领域
本发明涉及一种角接触球轴承(angular contact ball bearing)，其包括：外滚动元件，其包括第一滚动面；内滚动元件，其包括第二滚动面；在这两个滚动元件之间，仅设置有一列球。本发明还涉及一种用于机动车辆的传动组件(或者特别是变速器组件)(transmission assembly)，其包括轴，所述轴包括齿轮元件，并且所述轴经由至少两个轴向间隔开的单列滚动轴承而可转动地支撑在座(housing)中。
背景技术
变速器组件(transmission assembly)被用于机动车辆中(例如在驱动系(drivelines)中)，以便将由机动车辆的马达驱动的轴机械地连接到待驱动的车轮并相应地传递力。在已知的变速器组件中，通常使用圆锥滚子轴承来支撑轴，该圆锥滚子轴承被设计成支撑相对高的轴向和径向载荷。于是，该轴例如经由两个轴向间隔开的圆锥滚子轴承(所述圆锥滚子轴承通常在变速器座中以背对背的方式设置)支撑。圆锥滚子轴承被轴向预紧。
在这种变速器组件中，由圆锥滚子轴承引起的摩擦损耗是不利的。在机动车辆的建造中，通常希望减小摩擦以避免排放(emissions)和使排放最小化，因此(减小摩擦)是组成部件的进一步发展的目标。因而已知这样的变速器组件：使用两个双列角接触球轴承来替换圆锥滚子轴承。这基本上具有减少摩擦的优点；然而，相应的轴承的制造相对昂贵。
发明内容
本发明的(一个)目的是指明一种特别适用于另行使用圆锥滚子轴承或双列角接触球轴承的变速器组件的高载荷角接触球轴承。本发明的另一个目的是指明一种相应的变速器组件。
本发明的目的是通过具有技术方案1的特征的角接触球轴承以及通过具有技术方案8的特征的变速器组件实现。
根据技术方案1，指明了一种角接触球轴承，包括以下特征：
-外滚动元件，其包括第一滚动面，
-内滚动元件，其包括第二滚动面，
-仅(exactly)一列球被设置在这两个滚动元件之间，
-所述球的直径Dw、所述外滚动元件的外径D和所述内滚动元件的内径d被选择成使得它们彼此具有以下关系：
换言之，球的直径Dw适用：
当角接触球轴承的径向高度被限定为外滚动元件的外径与内滚动元件的内径之差的一半时，球的直径为角接触球轴承的径向高度的至少70％。因此，球在角接触球轴承中呈现相应大的体积分数。
本发明决定性地源于以下认识：在适当适配的情况下，现代的角接触球轴承也可以用于具有高载荷率的情形。迄今为止，已经认为特别是单列角接触球轴承只能用于相对低的轴向和径向载荷。通常，这种角接触球轴承还已被与径向轴承(例如采用圆柱滚子轴承的形式)组合，以便还能够在共用组件中支撑更高的径向载荷。作为一种选择，迄今为止，多列角接触球轴承或圆锥滚子轴承已被用于需要高载荷率的情形。由于根据本发明上下文规定的外滚动元件的外径和内滚动元件的内径关于球的直径的特定尺寸比，因此能够制造还可用于更高载荷情形的单列角接触球轴承。由此仅通过提供与相对大的球直径相比为相对薄壁的滚动元件，(就可以)有意地(deliberately)放弃常规规格的角接触球轴承。
在本发明的一个有利的设计中，角接触球轴承还具有以下特征：
-所述外滚动元件包括具有最小直径D1的朝向径向内侧的肩部，该最小直径D1与所述第一滚动面的滚道基部的内径D2之比在0.85至0.91之间，和/或
-所述内滚动元件包括最大直径为d1的朝向径向外侧的肩部，该最大直径d1与所述第二滚动面的滚道基部的外径d2之比的倒数(reciprocal ratio)在0.79至0.85之间。
在角接触球轴承中，滚动元件上的肩部对滚动面有显著的帮助，使得轴向载荷也能够被支撑。由于这里选择了相对高的肩部，因此与已知的角接触球轴承相比，在内、外滚动元件上，产生整体显著较宽的球用的滚动面。从而能够以有利的方式进一步增大角接触球轴承的载荷率，结果，角接触球轴承可以被用于更高载荷的情形。
在本发明的一个有利的设计中，所述内滚动元件的肩部的最小轴向宽度被实施为比所述外滚动元件的肩部的最小轴向宽度宽。由此尤其在大直径球的情况下，产生具有优化的载荷分布的特别稳定的角接触球轴承。由于其增大的稳定性，因此内滚动元件上的较宽的肩部可靠地支撑载荷峰值(load peaks)。
在本发明的一个有利的设计中，在这两个滚动元件之间，角接触球轴承包括数量为Z的球，Z根据下式：
其中DpW表示节圆直径，Z被取整数。在轴承中设置的球越多，被选择的直径就越小。因此，在九个球的情况下，Dw为DpW的大致31％，然而，在十个球的情况下，为大致28％。与已知的角接触球轴承相比，这里有更多数量的球，因此，能够进一步增大角接触球轴承的载荷率。
在本发明的一个有利的设计中，球相对于滚动面的压力角在15°至35°之间。该压力角范围允许轴向和径向载荷能力的最优混合，如特别是可以在机动车(automotive)领域的应用中发生的。25°的接触角是特别优选的，此时(wherein)存在最优的载荷能力。
在本发明的一个有利的设计中，保持架被设置用于引导所述球。在所述第二滚动面上，所述内滚动元件包括朝向径向外侧并与所述肩部轴向相对的隆起部，该隆起部被构造成与肩部和保持架配合使得所述球以自保持(self-retaining)的方式保持在所述内滚动元件上。在许多安装情形下，要求将外滚动元件与内滚动元件分开安装，并仅需将角接触球轴承与整个结构单元结合在一起。由于球在内滚动元件上的固定保持(captiveretaining)，因此能够提供(可以在稍后时间添加外滚动元件的)易于操作处理(handle)的角接触球轴承。这种组件的操作处理被显著简化。
本发明的目的还通过以下实现：一种用于机动车辆的变速器组件，包括轴，该轴包括齿轮元件并经由至少两个轴向间隔开的单列滚动轴承而被可转动地支撑在座中，其特征在于，所述滚动轴承被实施为如刚刚描述的角接触球轴承。这种变速器组件可以以特别简单且成本有效的方式利用本发明的单列角接触球轴承制造。与通常使用圆锥滚子轴承或多列角接触球轴承的已知解决方案相比，承载点的摩擦(friction of the bearing points)显著减小。此外，它以相对不敏感的方式对未对中(misalignments)作出反应。关于在这种变速器组件中产生的相对高的载荷而言，本发明的单列角接触球轴承没有缺点。
在本发明的一个有利的实施方式中，两个角接触球轴承被以相同的方式实施并且彼此以背对背(back-to-back)布置的方式设置。角接触球轴承的这种布置确保了对于典型的变速器应用的最优载荷分布。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节源自以下参照附图描述的本发明的示例性实施方式。
图1示出了本发明的实施方式，
图2示出了保持架，以及
图3示出了根据本发明的实施方式的变速器组件的一部分。
附图标记说明
1 角接触球轴承
3 外圈
5 内圈
7 球
9 保持架
11 隆起部
13、17 肩部
15、19 滚道
31 引导结构
101 变速器组件
103 驱动齿轮
105 驱动轴
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的优选实施方式的角接触球轴承(angular contactball bearing)1。角接触球轴承1包括外圈3和内圈5，在外圈3与内圈5之间设置有球7。球7被保持架9保持。在外圈3上，形成有朝向径向内侧的肩部13，从肩部13的内侧开始，形成有球7用的滚道15。类似地，在内圈5上，形成有朝向径向外侧的肩部17，从肩部17的内侧开始，形成有球7用的滚道19。球7在接触区域与半径ra的滚道15和半径ri的滚道19密切(osculateon)。这里的密切被选择成与已知设计的角接触球轴承相比显著更窄，由此能够实现更好的压缩(compression)。为了进一步优化压缩，优选的是在两个滚道15和19上有相同的大小，这进而通过设置在滚道19上(即在内圈5上)的密切与(在)滚道15(上的密切)相比更小而在外圈3上实现。结果ra＞ri适用(applies)。
角接触球轴承1与已知的角接触球轴承在尺寸比率方面有显著区别。因而，球的直径Dw、外滚动元件(outer rolled-on elements)的外径D和内滚动元件的内径d被选择使得它们彼此具有以下关系：
结果，由于与轴承的结构高度D-d相比，它们的直径大，因此球占据了安装空间的大部分。这具有以下结果：在位于球7径向外侧的点(point)处，外圈3被实施成相对薄。同样地，在球7的径向内侧的位置，内圈5的厚度被实施成较薄。由于大的球直径Dw，因此该角接触球轴承1能够承受对于这种轴承类型而言(是)非典型的(atypically)高载荷。额定载荷/载荷率(load rating)极其高，结果，甚至适用于另行使用其它轴承类型(例如圆锥滚子轴承或双列角接触球轴承)的应用。已经表明的是，即使与具有相同外形尺寸(B、D和d)的双列角接触球轴承相比，也能够实现较高的额定载荷/载荷率。同时，摩擦显著减小。与其它两种轴承类型相比，这决定性地(decisively)由减小的滚动阻力而造成。此外，角接触球轴承1对未对中的情况较不敏感。
在截面中若干位置(in places)实施为薄的外圈3包括具有相对大厚度D-D1的肩部13。D1与第一滚动面的滚道基部的直径D2的之比在0.85至0.91之间。这增大了角接触球轴承1的稳定性和载荷能力。相同的情况适用于内圈5及其肩部17，其径向厚度d1-d甚至大于D-D1。d1与第二滚动面的滚道基部的直径d2之比的倒数/反比(reciprocal ratio)在0.79至0.85之间。
此外，肩部17在其轴向厚度方面被实施为比肩部13宽。肩部在轴向上的这个外形尺寸使得(除了其它方面之外)能够将另外设计的现有轴承(例如圆锥滚子轴承或双列角接触球轴承)替换为根据本发明的单列角接触球轴承并且能够填满(fill)现有的通常显著较大尺寸的安装空间。
在内圈5上，形成有与滚道19轴向相邻的隆起部(elevation)11。即使在外圈3尚未存在时，隆起部11也能够用作形成内圈5、球7和保持架9的固定单元(captive unit)。在许多情形下，更复杂的机械单元的制造过程需要单独组装外圈3和内圈5。于是有利的是，球7和保持架9已经被固定地(captively)保持在内圈5上，从而简化了组装。
球7与滚道15和19具有限定的压力角α。因此角接触球轴承能够支撑在轴向和径向这两者上的作用力。压力角α优选在15°至35°之间，理想地，在25°。这已被证明特别是对于高载荷而言是有利的，这是因为与相对大的球7相结合载荷率特别高。
图2部分地(sectionally)示出了引导和保持球7的保持架9。保持架9被设计成使得能够在角接触球轴承1中使用相对大数量Z的球，这进而使得角接触球轴承1的载荷率增大。数量Z为：
其中DpW为角接触球轴承1的节圆直径(pitch circle diameter)，Z被取整数(rounded to a whole number)。如果需要更高的载荷率和更大的刚度，则还可以使用更多的球7。仅在其左侧，保持架9包括环形引导结构31，爪型伸展部33在环形引导结构31上沿大致轴向延伸。多个伸展部33分别形成用于容纳角接触球轴承1的球的腔格(pocket)。在以这种方式构造的保持架9中，能够保持相对多的球7。
在图3中，以截面的方式(sectionally)示出了变速器组件(transmissionassembly)101的一部分。驱动齿轮(drive pinion)103连接到(这里缩略描绘的)驱动轴105，该驱动轴105经由两个角接触球轴承107和107’被支撑在座109中。由于高载荷(的缘故)，因此当前在这种应用中通常使用圆锥滚子轴承或双列角接触球轴承。在该应用中，位于更靠近驱动齿轮103的角接触球轴承107经受特别高的载荷，这使得在典型应用的情况下在大于30kN的范围内的相应的高载荷率C成为必然。而这是使用已知的单列角接触球轴承无法实现的。因此，角接触球轴承107和107’被按照图1所示的实施方式来实施，因此适于该应用。
优选的是，角接触球轴承107和107’在其外部尺寸方面被设定尺寸(dimensioned)使得它们适于替换已现有的变速器组件中的现有的双列角接触球轴承或圆锥滚子轴承。这在图3中由角接触球轴承107和107’的内圈示出，其中所述内圈被实施为在轴向上是宽的使得它们嵌合在先前使用的圆锥滚子轴承或双列角接触球轴承的托座(receptacle)中并且能够不费力地替换这个(现有轴承)。因而，可以通过相对简便地替换轴承(例如在维护(service)的情况下)，实现其中的摩擦减小。由于以薄的方式实施的内圈和外圈、大的球和以轴向(较)宽的方式实施的肩部，因此角接触球轴承107和107’的设计允许如此。
根据本发明的角接触球轴承还可以类似地用于新设计的应用中。这里，内圈的轴向较窄的设计(其大致对应于外圈的轴向宽度)也是可行的。因而根据本发明的角接触球轴承能够用于许多应用并且可以相应地灵活(flexibly)设计。

Claims (9)

1.一种角接触球轴承，包括以下特征：
-外滚动元件，其包括第一滚动面，
-内滚动元件，其包括第二滚动面，
-在这两个滚动元件之间，仅一列球被设置成在所述第一滚动面和所述第二滚动面上滚动，
-所述球的直径Dw、所述外滚动元件的外径D和所述内滚动元件的内径d被选择使得它们彼此具有以下关系：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>D</mi> <mi>w</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>D</mi> <mo>-</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>7.</mn> </mrow>
2.根据权利要求1所述的角接触球轴承，其特征在于，所述外滚动元件包括具有最小直径D1的朝向径向内侧的肩部，该最小直径D1与所述第一滚动面的滚道基部的直径D2之比在0.85至0.91之间。
3.根据权利要求1或2所述的角接触球轴承，其特征在于，所述内滚动元件具有最大直径为d1的朝向径向外侧的肩部，该最大直径d1与所述第二滚动面的滚道基部的直径d2之比的倒数在0.79至0.85之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的角接触球轴承，其特征在于，所述内滚动元件的肩部的最小轴向宽度被实施为比所述外滚动元件的肩部的最大轴向宽度宽。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的角接触球轴承，其特征在于，在这两个滚动元件之间设置有数量为Z的球，Z根据下式：
<mrow> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>180</mn> <mrow> <mi>arcsin</mi> <mfrac> <msub> <mi>D</mi> <mi>w</mi> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>W</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow>
其中，DpW表示角接触球轴承的节圆直径，Z被取整数。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的角接触球轴承，其特征在于，所述压力角在15°至35°之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的角接触球轴承，其特征在于，保持架被设置用于引导所述球，并且在所述第二滚动面上，所述内滚动元件包括朝向径向外侧并与所述肩部轴向相对的隆起部，该隆起部被构造成与所述肩部和所述保持架配合使得所述球被固定地保持在所述内滚动元件上。
8.一种用于机动车辆的变速器组件，包括轴，该轴包括齿轮元件并经由至少两个在轴向上间隔开的单列滚动轴承而被可转动地支撑在座中，其特征在于，所述滚动轴承被实施为根据权利要求1至7中的任一项所述的角接触球轴承。
9.根据权利要求8所述的变速器组件，其特征在于，所述角接触球轴承中的至少两者被以相同的方式实施并且彼此以背对背布置的方式设置。
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