CN111692202A - 斜盘型液压轴向活塞单元的摇架轴承组件 - Google Patents

Abstract

一种轴承组件，具有金属内滚道、金属外滚道以及定位在内滚道和外滚道之间的多个滚子。非金属材料的垫附接到内滚道，非金属材料的床附接到外滚道。同步机构安装到垫和床。优选地，垫和床由塑料制成，并且内滚道嵌设在垫内，外滚道嵌设在床内。

Description

斜盘型液压轴向活塞单元的摇架轴承组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月12日提交的美国临时申请No.62/816,997和2019年7月22日提交的美国临时申请No.62/876,858的优先权的权益，这些美国临时申请的内容通过引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于液压轴向活塞单元的斜盘滚子摇架轴承组件，并且更具体地涉及一种对用工具加工的要求较低并且制造起来较经济的滚子摇架轴承组件。

背景技术

在本领域中众所周知地，这种摇架轴承组件与具有斜盘设计的静液压单元一起使用。摇架轴承组件因其需要较小的空间而特别有用。虽然轴颈轴承具有成本效益，但是它们具有较高的摩擦；然而虽然滚子轴承具有较低的摩擦，但是它们较昂贵。在斜盘的加工和组装中，要求使用以斜盘的柱状表面作为运行表面的摇架滚子轴承，因为斜盘通常是锻件，并且必须对斜盘的运行表面进行硬化以达到该目的。为了避免斜盘的硬化过程，在本领域中使用了摇架轴承组件，该摇架轴承组件具有固定到斜盘的内轴承环段和固定到液压单元的壳体的外轴承环段。轴承滚子定位在内环段和外环段之间，该轴承滚子在彼此面向的轴承环段的相应表面上的滚道表面上运行。本发明旨在降低斜盘和摇架轴承组件两者的复杂性和制造成本，从而在增加使用寿命的同时减少摩擦和磨损。

现有的滚子摇架轴承组件的主要挑战是成本和制造难度。现有的整体式滚子摇架轴承包括滚子元件、位于相应的内轴承环段和外轴承环段上的内滚道和外滚道、以及同步机构(a timing mechanism)。目前，所有这些部件均由金属制成，这对用工具加工提出了要求，并增加了成本。还存在斜盘弯曲、振动和噪音的问题。

因此，本发明的目的是提供一种具有较好的成本效益而且对制造和组装友好的摇架轴承组件，其中，减少了磨损和摩擦并且延长了使用寿命。此外，本发明的摇架轴承组件优选地应该可以用于斜盘类型结构的液压轴向活塞单元的现有设计，并且在某些情况下可以用作现有液压轴向活塞单元的替换部件。

当前问题的解决方案通过根据权利要求1所述的摇架轴承组件给出。在此，现有的摇架轴承组件的几何复杂性被转移到下述塑料或复合塑料部件，所述塑料或复合塑料部件可以通过注射模制或增材制造(AM)(例如3D打印、选择性激光烧结、熔融沉积建模、层压对象建模等)进行制造。这些非金属部件因此可以由单一聚合物材料或复合材料或其他非金属材料组成。其中载荷和相对移动被吸收的其他部件仍然是非常简单的几何金属部件以及标准的滚子或滚针。这种新的解决方案包括钢制内滚道和外滚道的组件，钢制内滚道和外滚道与塑料或复合材料本体连接或嵌入在塑料或复合材料本体内以形成内环段和外环段。塑料或复合材料本体用于组件、安装凸片和同步机构，而金属滚道将载荷从滚子均匀地分配到内塑料本体和外塑料本体，内塑料本体和外塑料本体又减轻了载荷并将其分别分配到壳体和斜盘板摇架表面。

根据本发明，内环段和外环段的环段本体由塑料或复合(增强的)塑料材料制成，假设所有复杂的几何特征用于接收和固定地保持滚道，用于组装摇架轴承环段，并且用于将摇架轴承组件安装在静液压单元中。滚子在其上运行的滚道因此可以简单地形成为金属带，例如当被组装到相应环段的相应内本体或外本体时弯曲成最终曲率的预弯曲的或平面的钢带。因此，根据本发明的摇架轴承组件的内环段和外环段是复合部件，其中，几何复杂功能由塑料或复合增强塑料部件承担，而重载功能由简单标准几何形状的金属部件承担。

复合材料本体的柔韧性致使滚子和滚道之间较均匀的接触压力分布。它减少了斜盘弯曲的影响，并且使得能够使用具有较大轴向长径比的滚子，这提供了较稳定的支撑。使用塑料/合成/复合材料用于环段本体——进一步地内环段的本体称为垫并且外环段的本体称为床——产生较低的振动和噪音，因为这些材料与锻造和硬化的金属相比可选择为具有改进的阻尼特性。此外，使用塑料/合成/复合材料用于环段本体降低了制造成本，因为这些部件可以通过模制、注射模制和/或增材制造来实现。于是，可以避免制造时间和能量消耗过程如锻造、机加工、硬化等或将其减少到最小。

塑料或塑料复合材料部件的使用在滚子和滚道之间提供了均匀的接触压力，以及在环段与斜盘和壳体处的安装表面之间提供了均匀的接触压力。

基于以上以及以下的书面描述、附图和权利要求，这些和其他优点对于相关领域的技术人员将更加明显。

发明内容

在根据本发明的优选实施例中，用于静液压轴向活塞单元的斜盘摇架轴承组件具有设置在内滚道和外滚道之间的多个滚子。非金属的塑料/合成/复合材料的垫/内本体附接到内滚道，与其一起形成内环段，并且非金属的塑料/合成/复合材料的床/外本体附接到外滚道，与其一起形成外环段。因此，垫的非金属的塑料/合成/复合材料不必是床的非金属的塑料/合成/复合材料。优选地，垫和床由复合材料制成，其中内滚道嵌设在垫内，外滚道嵌设在床内。这例如可以通过3-D打印、通过激光烧结工艺或组装工艺使用例如激光、热或超声焊接或简单地通过点击垫和床中的滚道在注射模制工艺中来完成。具有相关技术的人将在这里看到将对应的内滚道和外滚道组装到相应的垫和床(即，环段的内本体和外本体)的许多其他可能性。

与滚子元件或笼——滚子本体被设置在该笼内并且在该笼内被引导——连接的同步机构被安装到垫和床，使得摇架轴承组件的滚子可以跟随斜盘的枢转运动进行滚动运动而不会滑动。在一个示例中，同步机构可滑动地安装在由垫和床上的侧壁的内表面形成的凹槽内。在另一个示例中，同步机构包括例如在从垫和床的侧壁向外延伸的突起部处安装到笼的齿轮，该齿轮在适当时接合垫和床两者。当垫跟随斜盘的枢转运动并且床相对于壳体静止时，根据齿轮以及垫和床的突出部上的齿状区域的传动比，笼被迫使跟随斜盘的枢转运动。该传动比优选地适合于所使用的滚子本体的直径。

附图说明

图1是根据现有技术的静液压单元的立体图；

图2是根据现有技术的摇架轴承组件的立体图；

图3是根据本发明的摇架轴承组件的第一实施例的立体图；

图4是根据本发明的摇架轴承组件的第二实施例的侧视图；

图5是根据图4的剖面线A-A的摇架轴承组件的截面图；

图6是根据本发明第二实施例的摇架轴承组件的分解图；并且

图7是根据本发明的摇架轴承组件的侧截面图；

具体实施方式

参照附图；在图1中，示出了斜盘类型的现有技术的静液压单元的立体图，其包括摇架斜盘12，该摇架斜盘具有呈部分柱状表面壳形式的平面凸轮表面14。根据现有技术水平，摇架斜盘12由摇架轴承组件10支撑。如图2所示，根据现有技术的摇架轴承组件10具有多个滚子元件16(图1和图2中未示出)，诸如滚子、滚针、滚珠等。滚子元件16定位在设置在内本体26上的内滚道18与设置在外本体32上的20之间，内滚道和外滚道均由钢或具有类似性质的材料制成。内本体26和外本体32包括用于将内本体26和外本体32分别安装到斜盘12和壳体30的安装凸片44和64。

图3和图4示出了用于根据本发明的摇架轴承组件10的两个实施例的立体图。垫26——也称为内床/内本体26——定位在摇架斜盘12的相应平面柱状表面14(参见图1)与内滚道18之间，垫优选地由塑料或复合材料如玻璃纤维增强塑料制成。替代性地，可以使用其他非金属材料。类似地，床32——也称为外床/外本体32——定位在外滚道20与液压单元壳体30(参见图1)的内表面28之间，床优选地也由塑料或复合材料或其他非金属材料制成。由此，内本体26和外本体32可以由相同或不同的非金属材料制成，优选地由塑料或复合材料制成。垫26或床32包括也由塑料或复合材料制成的安装凸片44和64(参见图6)以及同步机构33。垫26和床32优选地通过注射模制工艺或使用增材制造(AM)或3D打印工艺来制造。根据本发明，由金属优选地由具有标准几何形状的钢带制成的内滚道18和外滚道20被嵌入垫26和床32内。定位在内滚道18和外滚道20之间的滚子元件16将载荷从摇架斜盘12的柱状表面14传递到壳体30的内表面28，从而实现低的用于使斜盘枢转的致动力，这也允许低的泵或电动机磁滞。

内滚道18和外滚道20相对于斜盘12的凸轮表面14(未在图3和4中示出)是弓形的并且是凸形的。内滚道18和外滚道20通过焊接、胶合等与内垫26和外床32通过夹持在一起而固定地连接，从而形成具有环段的形式的对应的内轴承壳25和外轴承壳31。这两个轴承壳25和31可以在由滚子元件16支撑的周向方向上相对于彼此滑动(参见图6)。图3和图4的实施例都包括用于保持和引导滚子16的轴承笼29。内轴承壳25、外轴承壳31和轴承笼29通过组装凸片74保持在一起。图5示出了穿过本发明的摇架轴承组件10的截面，该截面通过这些组装凸片74中的一个。在此可以看出，内本体26以及外本体32包括向外突出的凸缘87，组装凸片74以支架的方式安装在该凸缘上，将两个轴承壳25和31在径向上保持在一起，其中，笼29位于两个轴承壳之间。优选地，组装凸片74被共同地固定到轴承笼29，使得组装凸片74可以与轴承笼29一起沿周向方向移动。

当内轴承壳25与摇架斜盘12一起枢转时，轴承笼29被迫沿周向方向移动，并且由于内滚道18在滚子元件16上的摩擦，使得滚子元件16转动。为了带动具有滚子元件16的轴承笼29或者仅滚子元件16与枢转的内轴承壳25一起，内滚道18和滚子元件16之间必须有足够的摩擦以使它们转动，并且同时，滚子元件16与外滚道20之间的摩擦必须足够高，使得滚子16的旋转运动分别转换成滚子元件16和/或轴承笼29的周向运动。滚子元件16和/或轴承笼29的该周向运动是必要的，使得从液压单元的工作活塞通过摇架斜盘12传递到摇架轴承组件10上的压力在斜盘12可以被放置成的每个位移角处被分配在最大数量的滚子上。相关领域的技术人员知道，只有当内滚道18和外滚道20的周向长度仅部分地被滚子元件16覆盖时，才能实现这些目的，因此同步机构33是优选的以确保当斜盘被枢转时滚子元件16跟着滚道18和20被带动。

用于图3和图6所示的同步机构33的两个示例使用固定到轴承笼29的链轮86或齿轮86，该链轮或齿轮在摇架轴承组件10的组装状态下与内本体26和外本体32两者接合。当内轴承壳25枢转时，由于外轴承壳31相对于壳体30固定，因此齿轮86转动并沿周向方向带动轴承笼29。通过使用链轮86或齿轮86，相应地，使引起滚子元件16沿周向方向移动的摩擦依赖性消失。

为了实现这种同步机构33，图3和图6示出了两个示例：

(i)(参见图3)横向地布置在摇架轴承组件10上并与一排齿52及一排齿72啮合的一个链轮86设置在内本体26和外本体31的向外延伸的凸缘98上，其中，成排的齿52与72彼此面向；

(ii)(参见图6)在摇架轴承组件10的轴向宽度内，在内本体26的每个周向端部区域62上、在面向外本体32的内侧56的外侧38处分别设置有齿52和72中的一排齿，外本体的内侧还包括面向内本体26的外侧38的一排齿72，在摇架轴承组件10的每个端部区域62处均设有一个链轮86。

在另一个优选实施例中，链轮86被接收在支撑构件76中，该支撑构件可滑动地设置在内本体26和外本体32之间，位于相应的端部区域62处。由此，支撑构件76可以在内本体26的凹槽50中和在外本体32的凹槽70中通过成对的突起部78引导。于是支撑构件76可以承担图3的实施例所示的组装凸片74的功能。

为了在内滚道18和外滚道20的每个端部22处实现图6的同步机构33，设置了中心槽24，该中心槽24从端部22部分地朝向相反端部延伸。滚道18和20与滚子元件16一起转换来自斜盘12的载荷，并提供小的阻力以轻触斜盘12。内滚道18和外滚道20的简单形状和构造简化并优化了制造过程，从而提高了质量。实现根据本发明的摇架轴承组件的其他较少载荷功能所需的复杂几何形状可以通过由塑料或复合材料制成的内本体26和外本体32来实现。此外，根据本发明的摇架轴承组件10的这种复合组件在摇架轴承类型的液压单元及其部件中提供了较好的制造和组装公差补偿，并且同时提供了较好的阻尼特性，较好的阻尼特性尤其降低了运行噪音。

在根据本发明的摇架轴承组件10的图6的分解图中，还可以检测出内床26由任何大小、形状和结构制成。在一个示例中，内床26具有弓形壁34，该弓形壁具有第一表面36、第二表面38、端部40和侧边缘42。凸片44定位成与弓形壁34的第一表面36上的端部40相邻，该凸片适于将内床26连接到斜盘12。

侧壁46定位在侧边缘42上并且远离斜盘12延伸。凹槽50在每个端部40处，位于侧壁46的内表面48上，该凹槽从一个端部40朝向相反的端部部分地延伸。而且，在第二表面38上，一排齿52从端部40朝向相反的端部部分地延伸。齿52被定位成与内滚道18上的槽24对准。内滚道18和滚子元件16的一部分被接收在内床26的侧壁46内。

以类似的方式，外床32由任何大小、形状或结构制成。在一个示例中，外床32具有弓形壁54，该弓形壁具有第一表面56、第二表面58、侧边缘60和端部62。凸片64定位成与弓形壁54的第二表面58上的端部62相邻，该凸片适于将外床32连接到壳体30。

侧壁66定位在侧边缘60上并且远离壳体30朝向斜盘12延伸。凹槽70在每个端部62处，位于侧壁66的内表面68上，该凹槽从一个端部62朝向相反的端部部分地延伸。在第一表面56上，一排齿72从端部62朝向相反的端部部分地延伸。齿72被定位成与外滚道20上的槽24对准。外滚道20和滚子元件16的一部分被接收在外床32的侧壁66内。

同步机构33可滑动地安装到内床26和外床32。同步机构33包括一对支撑构件76，该支撑构件在每个端部上具有一对向外延伸的突起部78。突起部78被定位成与凹槽50和70对准并且适于被可滑动地接收在凹槽50和70中。

支撑构件76还具有切口80，该切口具有轴部分82和链轮部分84。切口80适于在相应的部分82和84中可旋转地接收安装到轴88的链轮86。一旦本发明的摇架轴承组件10被安装，链轮86就与成排的齿52和72对齐并啮合。

在操作中，当斜盘12在摇架轴承组件10上倾斜或枢转时，附接到斜盘12的内床26和内滚道18相对于外滚道20和外床32旋转。随着内床26旋转，由于链轮86被迫沿着成排的齿52和72滚动，因此支撑构件76在凹槽50和70内滑动。支撑构件76滑动直到突起部78接合凹槽70的内端部，导致在一个端部40出内床26的旋转停止，其中，摇架轴承组件10的另一周向端部40上的支撑构件76将滚子元件16保持在最大位移位置。相关领域的技术人员据此检测到，当斜板12的位移角改变时，一个支撑构件76与其啮合的链轮86一起使滚子元件16沿周向方向移动。

内床26的复合材料的厚度适于减小来自斜盘的变形的影响。由金属条制成的内滚道和外滚道例如将滚子16与滚道18和20之间的密集线接触转换成由内床26和外床32处理的均匀压缩载荷。

将根据本发明的摇架轴承组件10的复合构造与用于内床26和外床32的塑料(复合)材料以及用于内滚道18和外滚道20的金属材料一起使用允许使用具有比现有技术中使用的滚子大的长径比的滚子16，这有助于减小振动和构造空间。同步机构33可以将内床和外床保持在一起。轴承笼29的使用将滚子保持在对准的滚道之间的空间中，并在斜盘12枢转时发生的滚动、振动和滑动的情况下校正滚子的位置。

在图3示例性地示出的另一个实施例中，内床26和外床32的侧壁46和66在侧壁46和66的内边缘88处具有向外延伸的突起部或凸缘87。突起部87从每个端部40和60部分地朝向内床26和外床32的周向中心延伸。

突起部87可滑动地接收组装凸片74。组装凸片74具有伸长部分90，在每个端部具有横向或垂直部分92。横向或垂直的中心部分94在两个端部部分92之间，该中心部分与端部部分92间隔开以形成一对槽96。突起部86被接收在槽96内，并且中心部分94在内床26和外床32之间延伸，其中，中心部分94在每个端部处连接到滚子16或轴承笼29。在该实施例中，内滚道18和外滚道20不具有与一排齿52和72对准的槽24。

如图3所示，在内床26和外床32的中心，侧壁46和66中的一个侧壁具有第一向外延伸的凸缘98。凸缘98具有外边缘100，该外边缘在凸缘98的每一侧上终止，连接凸片或销44和64位于与凸缘98的外表面连接的第二向外延伸的凸缘102中。链轮86定位在凸缘102之间，该链轮与彼此面向的成排的齿52和72啮合。这形成了类似于上面关于图6的一种描述的替代性同步机构33。因此，当内轴承壳25与斜盘12一起沿周向移动时，由于外轴承壳31相对于壳体30是固定的，因此滚子元件16或轴承笼29被迫跟随该周向运动。

图7示出了根据本发明的摇架轴承组件10的侧截面图，从图中可以看出，从系统压力通过液压单元的工作活塞传递至具有其柱状表面14的斜盘12的径向力首先由内本体26承担，并且通过内滚道18被传递到滚子元件16上，并且进一步被传递到外滚道20和由液压单元的壳体30支撑的外本体32上。相关领域的技术人员从该图7得出，与从现有技术知道的完全由金属材料制成的摇架轴承相比，本发明的摇架轴承组件10具有先进的阻尼特性。相关领域的技术人员还从本发明的复合摇架轴承组件10得出，制造成本和组装成本可以显著降低，因为可以通过注塑或增材制造工艺中的塑料或复合塑料部件实现复杂的几何形状，并且因为在可以由金属条如钢带等制成的几何简单的部件上实现了内滚道18和外滚道20的运行表面。

从上面的讨论以及附图和权利要求中将认识到，根据本发明的摇架轴承组件10提供了优于现有技术的许多优点。本领域技术人员还将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对装置进行其他各种修改。所有这些修改和改变都落入权利要求的范围之内，并且旨在由此被覆盖。应当理解，本文描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且鉴于其的各种修改或改变将被建议给本领域的技术人员，并且将被包括在本申请的精神和范围内。

因此，已经示出了至少满足所有述及的目的的摇架轴承组件。

【附图标记列表】

10 摇架轴承组件

12 摇架斜盘

14 部分柱状表面

16 滚子元件

18 内滚道

20 外滚道

22 内滚道和外滚道的端部

24 槽

25 内轴承壳

26 垫/内床/内本体

28 床的内表面

29 轴承笼

30 液压单元壳体

31 外轴承壳

32 床/外床/外本体

33 同步机构

34 内床的弧形壁

36 第一表面

38 第二表面

40 端部

42 侧边缘

44 凸片或销

46 侧壁

48 内表面

50 凹槽

52 一排齿

54 外床的弓形壁

56 第一表面

58 第二表面

60 侧边缘

62 端部区域

64 凸片或销

66 侧壁

68 内表面

70 槽

72 一排齿

74 组装凸片

76 支撑构件

78 突起部

80 切口

82 轴部分

84 链轮部分

86 链轮和突起部

87 凸缘

88 轴和内边缘

90 伸长部分

92 垂直部分

94 中心部分

96 槽

98 向外延伸的凸缘

100 外边缘

102 向外延伸的凸缘。

Claims (9)

1.一种斜盘型静液压轴向活塞单元的轴承组件(10)，包括：

由金属制成的内滚道(18)、由金属制成的外滚道(20)和位于所述内滚道(18)与所述外滚道(20)之间的多个滚子元件(16)；

垫(26)，其附接到所述内滚道(18)，用于形成内轴承壳(25)；以及

床(32)，其附接到所述外滚道(20)，用于形成外轴承壳(31)。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述垫(26)和所述床(32)由塑料或复合材料制成，所述垫(26)和所述床(32)的材料是相同的或者不同的。

3.根据权利要求1或2所述的轴承组件，其中，所述内滚道(18)嵌设在所述垫(26)内，并且所述外滚道(20)嵌设在所述床(32)内。

4.根据权利要求1至3中的任何一项权利要求所述的轴承组件，还包括组装凸片(74)，所述组装凸片安装到所述垫(26)和所述床(32)。

5.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的轴承组件，其中，所述内滚道(18)和所述外滚道(20)的每个端部具有定位在中心的槽(24)。

6.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，同步机构(33)的链轮(86)与所述垫(26)和所述床(32)的端部上的一排齿(52、72)啮合。

7.根据权利要求6所述的轴承组件，其中，所述链轮(86)安装在支撑构件(76)中，所述支撑构件可滑动地设置在位于所述垫(26)和所述床(32)上的侧壁(46、66)的内表面(48、68)上的凹槽(50、70)内。

8.根据权利要求6所述的轴承组件，其中，所述链轮(86)被接收在从所述垫(26)和所述床(32)的侧壁(46)向外延伸的突起部(78)内。

9.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述垫(26)和所述床(32)通过使用例如3D打印的增材制造工艺来制成。

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