CN111005942A

CN111005942A - 轴承组件和安装方法

Info

Publication number: CN111005942A
Application number: CN201910490103.3A
Authority: CN
Inventors: R·K·瑞思科卡特尔; J·M·盖尼; H·J·金
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-04-14
Also published as: US11035412B2; DE102019114618B4; US20200109746A1; DE102019114618A1

Abstract

提供一种轴承组件和安装方法。滚珠轴承包括外座圈、内座圈以及单独的L形套筒。在一个实施例中，该套筒由轴向延伸的主体和径向延伸的凸缘构成。该轴向延伸的主体构造成位于内座圈的内直径和传动轴之间，且径向延伸的凸缘构造成位于内座圈的内侧表面和传动轴之间。具有花键的L形套筒使得按序地压配合滚珠轴承的内座圈和外座圈两者是可行的。套筒的轴向延伸的主体中的花键能与传动轴滑动配合，以允许易于组装并且使得滚珠轴承外座圈和壳体之间实现压配合连接。此种布置能有助于减少磨损，尤其是对于壳体的磨损，且更佳地控制轴承组件在操作期间由于齿轮推力负载的方向改变而引起的轴向运动。

Description

轴承组件和安装方法

引言

技术领域总地涉及轴承组件，且更具体地涉及用于汽车变速器的滚珠轴承组件。

滚珠轴承组件用在车辆变速器中，以助于各种部件在齿轮的操作期间承受径向力和轴向力。轴承包括内座圈、外座圈以及位于内座圈和外座圈之间的多个辊子或滚珠。外座圈通常在壳体中受到保护。外座圈运动会导致轴承壳体凹座中的材料磨损和损失，尤其是如果壳体由诸如铝的较软金属材料制成的话。在一些情形中，在轴承壳体和外座圈之间使用昂贵的涂层、垫片或不期望的结构来最小化这种磨损。本文公开的轴承组件提供更坚固、耐用且成本有效的解决方案。

发明内容

根据一个实施例，提供一种轴承组件。轴承组件包括外座圈，该外座圈具有外直径、内侧表面以及外侧表面。轴承组件还包括内座圈，该内座圈具有内直径、内侧表面以及外侧表面。轴承组件进一步包括套筒，该套筒具有轴向延伸的主体和径向延伸的凸缘。轴向延伸的主体构造成位于内座圈的内直径和传动轴之间，并且径向延伸的凸缘构造成位于内座圈的内侧表面和传动轴之间。

根据各种实施例，该组件还进一步包括以下步骤或特征中的任何一个或这些步骤或特征的任何技术上可行的组合：

·套筒的轴向延伸的主体包括花键，该花键构造成与传动轴上的对应凹部匹配；

·花键是松配合花键，该松配合花键位于套筒和传动轴之间的界面上；

·界面是滑动配合界面；

·传动轴由于齿轮推力引起的轴向运动集中在花键的滑动配合界面上；

·套筒包括：内直径卡环凹部；

·内直径卡环，该内直径卡环安装在内直径卡环凹部中，其中内直径卡环有助于限制内座圈相对于套筒的轴向运动；

·内直径卡环的径向延伸部分定位成邻近于内座圈的外侧表面；

·进一步包括压配合于外座圈的外直径的轴承壳体；

·套筒压配合于内座圈的内直径，使得外座圈的外直径和内座圈的内直径两者都具有压配合连接；

·轴承壳体包括：外直径卡环凹部；

·外直径卡环，该外直径卡环安装在外直径卡环凹部中，其中外直径卡环有助于限制外座圈相对于轴承壳体的轴向运动；

·外直径卡环的径向延伸部分定位成邻近于外座圈的内侧表面；

·外座圈和内座圈之间的多个滚珠；和/或

·内座圈、外座圈以及多个滚珠包括深沟滚珠轴承。

根据另一实施例，提供一种轴承组件，该轴承组件包括：轴承壳体；外座圈，该外座圈具有压配合于轴承壳体的外直径；内座圈，该内座圈具有内直径；以及套筒，该套筒压配合于内座圈的内直径。套筒具有轴向延伸的主体和沿着轴向延伸的主体定位的花键。轴向延伸的主体构造成位于内座圈的内直径和传动轴之间，以使得该花键构造成与传动轴上的对应凹部相匹配。花键是松配合花键，该松配合花键位于套筒和传动轴之间的滑动配合界面处。

根据各种实施例，该组件可进一步包括套筒，该套筒具有径向延伸的凸缘，该凸缘构造成位于内座圈的内侧表面和传动轴之间。

根据又一实施例，提供一种将轴承组件安装于车辆的传动轴的方法，该轴承包括：轴承壳体；外座圈，该外座圈具有外直径、内侧表面以及外侧表面；内座圈，该内座圈具有内直径、内侧表面以及外侧表面；以及套筒，该套筒具有径向延伸的凸缘和带有花键的轴向延伸的主体。该方法包括如下步骤：将内座圈的内直径压配合于套筒的轴向延伸的主体，使得内座圈的内侧表面定位成邻近于径向延伸的凸缘；将轴承壳体压配合于外座圈的外直径；以及将套筒滑动到传动轴上，以使得花键与传动轴上的凹部匹配。

根据各种实施例，该方法可以进一步包括：花键是松匹配花键，该松配合花键位于套筒和传动轴之间的滑动配合界面处。

附图说明

在下文中将结合附图来描述优选的示例性实施例，其中相同的附图标记指代相同的元件，附图中：

图1是两个轴承组件和齿轮组件的局部剖视图；以及

图2是沿着图1中的线2-2剖取的图1的轴承组件的一个的部分剖视图。

具体实施方式

本文描述的轴承组件可有利地控制外座圈和内座圈在车辆变速器中的轴向运动。最小化外座圈和内座圈的轴向运动可以提供防蠕动解决方案，此种方案防止和/或减轻轴承壳体凹座中的磨损。轴承组件的实施例包括位于传动轴和轴承内座圈之间的L形套筒。L形套筒可包括一个或多个花键，该一个或多个花键允许套筒和传动轴之间的滑动配合连接。当内座圈压配合于套筒并且外座圈压配合于壳体时，由于齿轮推力引起的轴向运动可以有利地更多地集中在花键界面处，而不是在其中一个轴承座圈处。与内座圈压配合于轴并且外座圈与壳体松配合或间隙配合的其他实施方式相比，本文所述的轴承组件的实施例可包括分别在外座圈和内座圈的外直径和内直径处的压配合连接，由此提供座圈的更大程度轴向固定。

图1示出两个轴承组件10、10’。虽然本说明书的大部分涉及轴承组件10，但是除非特别提及或技术上不可行，否则这些特征也可适用于轴承组件10’。轴承组件10、10’围绕车辆变速器14的传动轴12。在一有利的实施例中，车辆变速器14是平行轴型自动变速器驱动器，其具有多个轴、离合器、驱动齿轮等。轴承组件10可以用于任何可操作的汽车变速器类型，例如电动、混合动力、手动、自动等等。齿轮组件16在轴12上安装在轴承组件10、10’之间。齿轮组件16包括斜齿轮18(齿未示出)，该斜齿轮与另一齿轮(未示出)啮合。然而，应该理解地是，轴承组件10、10’可以用于容纳轴，这些轴保持具有各种构造、安装布置等的任何数量的不同齿轮。图1中示出的变速器14和齿轮组件16仅仅是一个示例。

轴承组件10通常包括轴承壳体20，外座圈22、内座圈24，以及位于外座圈22和内座圈24之间的滚珠或辊子26。有利地是，套筒28位于传动轴12和内座圈24之间。L形套筒28有助于引导和/或控制内座圈24和外座圈22的轴向运动。在优选实施例中，外座圈22、内座圈24以及滚珠26包括深沟滚珠轴承。利用深沟滚珠轴承，座圈22、24的尺寸更接近每个滚珠26的尺寸，这可以允许轴承组件10更好地适应高轴速度以及伴随的径向和轴向负载。

轴承壳体20围绕轴承组件10、10’的外座圈22、22’，并且至少部分地围绕齿轮组件16。轴承壳体20可以有助于保护外座圈22、内座圈24以及滚珠或辊子26免受外部环境中的污染物影响。通常，轴承壳体20由诸如铝的较软的金属材料制成。使用铝可以减小组件10、10’的重量，这在汽车工业中是期望的，但用于轴承壳体20的其他材料也是可能的，例如铸铁。在使用铝轴承壳体的轴承组件实施例中，铝可能更易于磨损。因此，当外座圈22松配合或间隙配合时，通常，外座圈22的运动可导致壳体20中产生更大量的磨损。如下面进一步描述地是，替代于松配合或间隙配合的连接，轴承组件10、10’包括轴承壳体20和外座圈22之间的压配合连接，由此限制轴承凹座30中的轴向运动。“压配合连接”是这样一种，其中，内部部件(例如，外座圈22)比外部部件(例如，轴承壳体20的轴承凹座30)更大或略大。本文所述的压配合连接的程度和公差会取决于所使用的材料类型、各种部件的相对尺寸和期望性能质量等而变化。

外座圈22和内座圈24一起形成用于滚珠26的圆柱形轨道。外座圈22具有外直径32、内侧表面34、外侧表面36，且沟槽38位于内侧表面34和外侧表面36之间。类似地，内座圈具有内直径40、内侧表面42、外侧表面44以及沟槽46，该沟槽位于内侧表面42和外侧表面44之间。座圈22、24通常由轴承钢制成，但是也可以使用任何可操作的材料。通过使用套筒28，外座圈22和内座圈24两者都可以压配合在轴承组件10中，由此最小化壳体20上的磨损。此外，考虑到压配合连接的存在，例如电绝缘或耐腐蚀涂层可以与轴承组件10更好地执行。

套筒28是L形套筒，该L形套筒构造成位于传动轴12和内座圈24之间。套筒28可以由钢或可硬化的钢合金或任何其他可操作的材料制成，并且包括轴向延伸的主体48和径向延伸的凸缘50。“轴向延伸”通常描述基本上但并非必须精确地与轴12成直线的部件，而“径向延伸”通常描述基本上但并非必须精确地正交于轴12的部件。轴向延伸的主体48构造成位于内座圈24的内直径40和传动轴12之间。径向延伸的凸缘50构造成位于内座圈24的内侧表面42和传动轴12之间。更具体地说，径向延伸的凸缘50直接地邻抵于传动轴12的齿轮组件部分16的侧壁52，以使得径向延伸的凸缘50直接地位于内座圈24的内侧表面34和侧壁52之间。采用齿轮推力(如箭头54、56所示)，由此更多的负载集中在套筒28上而不是轴承座圈22、24上。

轴向延伸的主体48包括径向向外的表面58和径向向内的表面60。径向向外的表面58可包括邻抵于径向延伸的凸缘50的凹入凹座62。凹入凹座62可有助于便于内座圈24和套筒28之间的更紧密的压配合连接。轴向延伸的主体48的径向向内的表面60包括花键64、66，这些花键构造成与传动轴12上的对应凹部68、70匹配。至少两个直径相对的花键64、66是优选的，因为它们有助于更好地集中轴向运动，并且花键64、66的布置不会过度地约束相对于轴12的运动。然而，取决于期望的实施方式，可以包括更多或更少的花键。图1中的剖视图穿过每个花键64、66的中心剖取，且图2示出花键64和凹部68的部分剖视图。如图所示，可以包括其他未标记的花键。每个花键64、66是松配合花键，该松配合花键位于套筒28和传动轴12之间的滑动配合界面72、74处。“松配合”通常对应于ISO标准4156。“滑动配合”意味着通过使得套筒28在轴12之上滑动来实现套筒28的安装。滑动配合界面72、74允许更容易地安装，并且在一些实施例中，界面72、74处不存在硬度不匹配，因此可以通过热处理和/或材料选择来更好地控制磨损。

在一有利的实施例中，每个花键64、66整体地切削或形成到套筒28中，且每个花键64、66是直的、圆柱形、渐开线花键，它们与传动轴中的类似形状的凹部68、70匹配。此种花键形状能有助于将传动轴12由于齿轮推力54、56的轴向运动集中在每个花键64、66的滑动配合界面72、74处。由于在滑动配合界面72、74处允许套筒28和轴12之间的一定程度的轴向运动，外座圈22可以压配合于轴承壳体20而不是间隙配合。这可以减少轴承壳体20中的不期望磨损。此外，利用所说明的两个轴承组件10、10’，使径向延伸的凸缘50、50’相对于齿轮组件16成镜像可以进一步为轴承组件10、10’提供轴向支承。这些结构、抗蠕变性能可能比先前的情况更令人期望，先前的情况例如是可能磨损的涂层、可能随时间推移而失去预负载的弹簧或者可能会潜在地退回或松开的螺栓或螺母。

为了有助于进一步限制轴向运动，套筒28包括内直径卡环凹部76，用于容纳内直径卡环78。内直径卡环78有助于限制内座圈24相对于套筒28的轴向运动。这可以经由卡环78的径向延伸部分80来实现，该径向延伸部分定位成直接地邻近于内座圈24的外侧表面44。轴承组件10还可在轴承壳体20中包括外直径卡环凹部82，用于容纳外直径卡环84。外直径卡环84有助于限制外座圈22相对于轴承壳体的轴向运动。这可以经由外直径卡环84的径向延伸部分86来实现，该径向延伸部分定位成直接地邻近于外座圈22的内侧表面34。因此，外座圈22可以通过外直径卡环84和轴承壳体20中的径向延伸的凸缘约束在任一侧上。

当安装轴承组件10时，套筒28可以滑动到传动轴12上，使得每个花键64、66与对应的凹部68、70匹配，并且径向延伸的凸缘50邻抵于传动轴12的齿轮组件16的侧壁52。内座圈24的内直径40压配合于套筒28的轴向延伸的主体48的径向向外的表面58，使得内座圈24的内侧表面42定位成直接地邻近于径向延伸的凸缘50。在套筒滑行或滑动到传动轴12上之前，可以将内座圈24与外座圈22压配合于套筒28。然后，可以将轴承壳体20压配合于外座圈22的外直径32。外座圈22和内座圈24的此种压配合连接可以改善轴承组件10的磨损特性。

应理解地是，前面的描述不是本发明的定义，而是对本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于这里公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，前面描述中包含的陈述涉及特定实施例，并且不应被解释为对本发明范围的限制或权利要求中使用的术语的定义，除非上文明确地定义术语或短语以外。对于本领域技术人员来说，各种其他实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改会是显而易见的。例如，步骤的特定组合和顺序仅是一种可能性，因为本方法可以包括各步骤的组合，其具有比这里示出的步骤更少、更多或不同的步骤。所有这些其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。

如在本说明书和权利要求中所使用地是，术语“例如”、“比如”、“举例来说”、“诸如”和“相似”，以及动词“包括”、“具有”、“包含”“和他们的其他动词形式，当结合一个或多个部件或其他项目的列表使用时，各自都解释为开放式的，这意味着该列表不应被视为排除其他、附加的部件或项目。其他术语应使用其最广泛的合理含义来解释，除非它们用于需要不同解释的上下文中。

Claims

1.一种轴承组件，包括：

外座圈，所述外座圈具有外直径、内侧表面以及外侧表面；

内座圈，所述内座圈具有内直径、内侧表面以及外侧表面；以及

套筒，所述套筒具有轴向延伸的主体和径向延伸的凸缘，其中，所述轴向延伸的主体构造成位于所述内座圈的所述内直径和传动轴之间，且所述径向延伸的凸缘构造成位于所述内座圈的所述内侧表面和所述传动轴之间。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述套筒的所述轴向延伸的主体包括花键，所述花键构造成与所述传动轴上的对应凹部匹配。

3.根据权利要求2所述的轴承组件，其中，所述花键是松配合花键，所述松配合花键位于所述套筒和所述传动轴之间的界面处。

4.根据权利要求3所述的轴承组件，其中，所述界面是滑动配合界面。

5.根据权利要求4所述的轴承组件，其中，所述传动轴由于齿轮推力引起的轴向运动集中在所述花键的所述滑动配合界面上。

6.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述套筒包括内直径卡环凹部和内直径卡环，所述内直径卡环安装在所述内直径卡环凹部中，其中，所述内直径卡环有助于限制所述内座圈相对于所述套筒的轴向运动。

7.根据权利要求6所述的轴承组件，其中，所述内直径卡环的径向延伸部分定位成邻近于所述内座圈的所述外侧表面。

8.根据权利要求1所述的轴承组件，进一步包括轴承壳体，所述轴承壳体压配合于所述外座圈的所述外直径。

9.根据权利要求8所述的轴承组件，其中，所述套筒压配合于所述内座圈的所述内直径，使得所述外座圈的所述外直径和所述内座圈的所述内直径两者都具有压配合连接。

10.根据权利要求8所述的轴承组件，其中，所述轴承壳体包括外直径卡环凹部和外直径卡环，所述外直径卡环安装在所述外直径卡环凹部中，其中，所述外直径卡环有助于限制所述外座圈相对于所述轴承壳体的轴向运动。

11.根据权利要求10所述的轴承组件，其中，所述外直径卡环的径向延伸部分定位成邻近于所述外座圈的所述内侧表面。

12.根据权利要求10所述的轴承组件，进一步包括内直径卡环，所述内直径卡环安装在所述套筒中的内直径卡环凹部中，其中，所述内直径卡环有助于限制所述内座圈相对于所述套筒的轴向运动。

13.根据权利要求1所述的轴承组件，进一步包括在所述外座圈和所述内座圈之间的多个滚珠。

14.根据权利要求13所述的轴承组件，其中，所述内座圈、所述外座圈以及所述多个滚珠包括深沟滚珠轴承。

15.一种将轴承组件安装于车辆的传动轴的方法，所述轴承包括：

轴承壳体：

外座圈，所述外座圈具有外直径、内侧表面以及外侧表面；

套筒，所述套筒具有径向延伸的凸缘和带有花键的轴向延伸的主体；

所述方法包括如下步骤：

将所述内座圈的所述内直径压配合于所述套筒的所述轴向延伸的主体，使得所述内座圈的内侧表面定位成邻近于所述径向延伸的凸缘；

将所述轴承壳体压配合于所述外座圈的所述外直径；以及

将所述套筒滑动到所述传动轴上，以使得所述花键与所述传动轴上的凹部匹配。