CN112823249A - 锥形滚子轴承 - Google Patents

Abstract

一种锥形轴承组件，其包括内圈和外圈，该内圈和外圈被多个轴承元件径向地间隔开。在内圈与外圈之间设置有保持架，该保持架将轴承元件周向地间隔开。外圈包括限定了圆锥形形状的内表面，该内表面包括滚道。外滚道为轴承元件提供了旋转的滚动表面，以限制来自内圈的旋转能量的传递。一种通过零件的相对运动来构造锥形轴承组件的方法，该方法包括将轴承元件安置在保持架中，该保持架将各轴承元件周向地间隔开。然后，将保持架和轴承元件安置在由外圈的内表面限定的滚道内。然后将外圈、保持架和轴承元件安置在内圈上。内圈和轴是一体的。

Description

锥形滚子轴承

相关申请的交叉引用

该PCT国际专利申请要求于2018年10月9日提交的标题为“锥形滚子轴承”的序列号为62/743,213的美国临时专利申请的权益和优先权，该申请的全部公开内容通过参引合并于此。

技术领域

本发明涉及一种锥形轴承组件。更具体地，本发明涉及一种具有被保持至由外圈限定的滚道的轴承元件并且还具有与轴一体形成的内圈的锥形轴承组件。

背景技术

本部分提供与本公开有关的背景信息，这些背景信息未必是现有技术。

轴承的研发与产业的进步相一致。通过机械地限制和控制两个零件之间的相对运动，轴承在历史上已被用于许多不同类型的应用中。无论是用于促进零件之间的线性运动还是旋转运动，轴承继续被研发为越来越复杂的构型。最常见的轴承类型中的一种轴承类型通常被称为滚子轴承，它用于减少摩擦的同时支撑轴向或径向载荷的应用中。滚子轴承通常包括内圈和外圈，该内圈与该外圈由减少内圈与外圈之间的旋转摩擦的诸如滚珠轴承之类的轴承元件隔开。滚子轴承通常在汽车工业中使用，可以在变速箱、泵和马达中找到。通常适合于以上提到的应用的一种类型的滚子轴承被称为锥形滚子轴承，其中，内圈和外圈至少略呈圆锥形形状，并且轴承元件是锥形的。轴承元件被保持在由内圈的外表面和将轴承元件在周向上彼此间隔开的保持架元件限定的滚道内。锥形滚子轴承开发出来后，呈现对于某些应用的几何上的优越形状，因此在许多应用中已经比传统的滚子轴承更常用。利用锥形滚子轴承的最常见的应用之一是在汽车和其他各种类型的车辆中使用的车轮轴承。尽管锥形滚子轴承在许多应用中都有优势，但它们的组装相对复杂，需要精密的工具和相关零件的精密安置。

因此，仍需要进一步改进轴承组装设计，所述设计能够容易且低成本地组装，同时仍满足各种应用中的结构要求。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，并且不应被解释为与本公开相关的所有目的、方面、特征和优点的完整和全面的列举。

本发明提供一种锥形轴承组件，该锥形轴承组件包括：外圈和位于该外圈内并与该外圈轴向地对准的内圈；位于外圈与内圈之间并将外圈与内圈径向地间隔开的多个轴承元件；限定了用于将所述多个轴承元件周向地间隔开的多个凹穴的保持架；以及与内圈一体地形成的轴。

本发明还提供一种组装锥形轴承组件的方法，该方法包括以下步骤：提供轴、内圈、外圈和多个轴承元件。该方法还包括在外圈中形成位于前凸缘与后凸缘之间的滚道，将轴承元件安置在前凸缘与后凸缘之间的滚道中，以及将外圈和轴承元件安置在内圈上，并与内圈轴向地对准。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施方式的说明性目的，并不旨在限制本公开的范围。通过参照结合附图的以下描述，将更容易理解与本公开相关的发明构思，在附图中：

图1图示了经组装的现有技术的锥形轴承组件；

图2A、图2B和图2C图示了未组装的现有技术的锥形轴承组件；

图3图示了根据本公开构造的锥形轴承组件；

图4A、图4B和图4C图示了处于未组装状态的图3中呈现的本主题的锥形轴承组件；以及

图5呈现了流程图，该流程图图示出构造图3和图4A至图4C所呈现的本主题的锥形轴承组件的方法。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。通常，本主题实施方式涉及一种锥形轴承组件，该锥形轴承组件具有保持在外圈中的多个轴承元件。然而，示例性实施方式仅被提供为用以使本公开透彻，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多特定细节，诸如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方式可以以许多不同的形式来体现，并且都不应当被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，未详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。

参照附图，其中相同的附图标记在整个视图中指示相应的部件，本公开的锥形轴承组件旨在用于提供简化和流线型生产的设计。

首先参照图1，示出了经组装的现有技术的锥形滚子组件20。锥形轴承组件20包括外圈22和内圈24，该外圈22和内圈24由多个轴承元件26隔开。内圈24包括外表面28，该外表面28限定了位于前凸缘32与后凸缘34之间空间的滚道30。轴承元件26被示出为轴向地保持在凸缘32、34之间的滚道30内。保持架36径向地将每个轴承元件26保持在滚道30中，同时围绕滚道30在周向上将每个轴承元件26均等地间隔开。内圈24还包括与轴35摩擦接合以与其一起旋转的内表面31。在组装过程中，内圈24必须摩擦配合在轴35上。在操作中，由于轴35的旋转所引起的摩擦力通过轴承元件26在滚道30内的旋转而在外圈22上减小。在轴35自由旋转的同时，轴35的径向运动被外圈22阻止。

现在参见图2A至图2C，图2A至图2C图示了未组装的现有技术的锥形轴承组件20。如图所示，轴承元件26被从内表面保持架表面38安置到保持架36中。然后保持架36和轴承元件26被安置在内圈24上，直到轴承元件26被保持在凸缘32、34之间的滚道30中。内圈24被附接到轴35以与其一起旋转。外圈22然后被安置在内圈24、保持架36和轴承元件26上。外圈22被进一步联接至壳体40，壳体40可以包括分动箱、变速器、车轮轴承壳或任何其他部件。

现在转到本公开的锥形轴承组件100，在图3中图示了简化的构造。锥形轴承组件100包括外圈102和设置在外圈102内并沿轴线A与外圈102轴向地对准的内圈104。各圈102、104由多个轴承元件106径向地间隔开。外圈102包括外表面108和内表面110。外表面108限定组件100的外直径(OD)。内表面110是锥形形状的，并且限定了陷入内表面100中的内滚道112。内滚道112布置在前凸缘114与后凸缘116之间。前凸缘114在轴向上比前凸缘116更宽以承受更大的载荷。轴承元件106是圆锥形形状的并且位于内滚道112内。轴承元件106被抵靠外圈102保持在环形的保持架118中。保持架118也是圆锥形形状的并且限定了周向地间隔开并且延伸穿过保持架118的多个保持凹穴120。每个保持凹穴120在轴向方向上定尺寸成匹配轴承元件106的长度L，在周向方向上定尺寸成仅匹配轴承元件106的直径或宽度W的一部分。如图所示，轴承元件106仅从径向向外的方向部分地延伸到凹穴120中，使得它们主要位于相对于保持架118的径向外侧的位置。这样，轴承元件106被保持在外圈102上。保持架118还包括保持架凸缘122，该凸缘朝向外圈102的后凸缘116径向向外地延伸。内圈104包括外表面124，该外表面124呈现锥形形状，以用于与外圈102相对地接触每个轴承元件106。如在图4A、图4B和图4C中最佳示出的，内圈104附接到轴126或与轴126成一体以与其一起旋转。尽管内圈104可以包括限定了定尺寸成装配在轴126上的内径(ID)的内表面128，但优选的是，内圈104在制造轴126的过程中被直接机加工到轴126中。这样，在优选的布置中，内圈104与轴126是一体的，以便使组装更简单。如图4A中最佳示出的，外表面124可以进一步包括硬化材料层125。换言之，轴126和内圈104可以由诸如钢的一种材料一体地形成，并且外表面124可以包括经过硬化处理的钢层125。硬化过程可以包括回火和/或冷加工过程。在一种布置中，层125可以比轴126和/或内圈104的其他部分包括更大的百分比的马氏体和/或奥氏体。在某些应用中，硬化材料层125可以在不降低轴126和/或内圈104的其他部分的延展性的情况下使磨损表面具有更长的工作寿命。还应理解的是，内圈104可以替代性地包括位于凸缘之间空间的滚道，类似于图1中的内圈的构型。这样，内圈104可以与轴126成为一体，并进一步限定凸缘和滚道。

在操作中，滚道112的锥形表面、每个轴承元件106的圆锥形表面以及内圈104的外表面124的圆锥形表面各自定向为使得它们共享相同的锥顶点。轴126的旋转引起内圈104一起旋转。轴承元件106减小了内圈104与外圈102之间的摩擦，使得轴126的旋转对外圈102的影响最小。尽管将轴126和内圈104在旋转上与外圈102隔离，但仍然允许轴126和内圈104将轴向压力施加到外圈102上。类似地，外圈102可以附接到壳体130上以防止轴126相对于外圈102的径向运动。以非限制性示例的方式，壳体130可以是分动箱、变速器、车轮轴承壳或其他汽车组件。

根据本公开，在图5中呈现了构造锥形滚子轴承组件的过程200。该过程通过提供210外圈、内圈、多个轴承元件、保持架和轴开始。从径向向外的方向将轴承元件安置220到由保持架限定的凹穴内，每个凹穴将轴承元件周向地间隔开并且径向地保持轴承元件。然后将保持架和轴承元件保持230在由外圈的内表面限定的滚道内，前凸缘和后凸缘在滚道的两侧上间隔开以轴向地保持轴承元件。然后将外圈、保持架和轴承元件安置240在内圈上。然后将外圈、保持架、轴承元件和内圈附接250到轴，然后将外圈附接260到壳体。另外，在提供零件210之前，内圈可以被机加工或以其他方式形成270到轴中。另外，过程200还可以包括将内圈的外表面硬化280，以及形成290包括位于两个凸缘之间的滚道的外圈。将内圈的外表面硬化280的步骤可以包括回火、冷加工、热处理、其他类型的加工硬化等。将内圈的外表面硬化280的步骤还可以包括在整个处理中安置该外表面直到该外表面比轴和/或内圈的其他部分具有更大百分比的马氏体和/或奥氏体。

应当理解，已经出于说明的目的提供了实施方式的前述描述。换言之，本主题公开内容并非旨在是详尽的或限制本公开。特定实施方式的各个要素或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在选定的实施方式中使用，即使未具体示出或描述。特定实施方式的各个要素或特征也能够以多种方式变化。这样的变化不应被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种锥形轴承组件，包括：

外圈和位于所述外圈内并与所述外圈轴向地对准的内圈；

多个轴承元件，所述多个轴承元件位于所述外圈与所述内圈之间并将所述外圈与所述内圈径向地间隔开；

保持架，所述保持架限定了多个凹穴，所述多个凹穴用于将所述多个轴承元件周向地间隔开；以及

轴，所述轴与所述内圈一体地形成。

2.根据权利要求1所述的锥形轴承组件，其中，所述外圈包括位于前凸缘与后凸缘之间空间的内滚道，所述内滚道用于保持所述轴承元件的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的锥形轴承组件，其中，所述多个凹穴定尺寸成仅允许所述轴承元件的一部分延伸穿过所述凹穴。

4.根据权利要求3所述的锥形轴承组件，其中，所述轴承元件主要位于相对于所述凹穴的径向外侧的位置。

5.根据权利要求4所述的锥形轴承组件，其中，所述保持架包括朝向所述外圈的所述后凸缘径向地向外延伸的保持架凸缘。

6.根据权利要求5所述的锥形轴承组件，其中，所述滚道的与所述前凸缘相邻处的直径小于所述滚道的与所述后凸缘相邻处的直径，并且其中，所述前凸缘比所述后凸缘在轴向方向上更宽。

7.根据权利要求2所述的锥形轴承组件，其中，所述轴由第一材料形成，所述内圈包括与所述轴承元件接触的外表面，所述外表面包括硬化材料的层。

8.根据权利要求7所述的锥形轴承组件，其中，所述硬化材料比所述轴的至少一部分包括更大百分比的马氏体或奥氏体中的至少一者。

9.一种形成锥形轴承组件的方法，包括以下步骤：

提供轴；

提供内圈；

提供外圈；

提供多个轴承元件；

在所述外圈中形成位于前凸缘与后凸缘之间的滚道；

将所述轴承元件安置到所述前凸缘与所述后凸缘之间的所述滚道中；以及

将所述外圈和所述轴承元件安置在所述内圈上并与所述内圈轴向地对准。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，提供内圈的步骤包括从所述轴的一部分形成所述内圈。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括提供具有多个凹穴的保持架，所述多个凹穴用于安置所述轴承元件并将所述轴承元件周向地间隔开。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述凹穴形成为使得轴承元件的仅一部分延伸穿过所述凹穴的尺寸。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述轴承元件从所述径向向外的方向安置在所述凹穴中，使得所述轴承元件主要位于相对于所述凹穴的径向外侧的位置。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述内圈的外表面上形成比所述轴的至少另一部分更硬的层。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述层中形成比所述轴的所述至少另一部分中更多的马氏体或奥氏体中的至少一者。

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