CN115614389A - 轴承圈 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于轴承单元(20)的轴承圈(22;24)以及一种包括这种轴承单元(20)和这种轴承圈(22;24)的轴承组件(100),其中,所述轴承圈(22;24)由第一材料制成,并且所述轴承圈(22;24)被构造为连接到由第二材料制成的组件(40),其中,至少一个补偿元件(50)附接到所述轴承圈(22;24),所述补偿元件(50)由第三材料制成,所述第三材料的热膨胀系数与所述第二材料的热膨胀系数相似或相同。
Description
技术领域
本发明涉及用于轴承单元的轴承圈,其中,轴承圈由第一材料制成,并且轴承圈被构造成连接到由第二材料制成的组件(/组成部件)(component)。
背景技术
在轴承组件(bearing assembies)中,以旋转固定的方式接纳轴承单元的组件由与轴承单元或轴承圈自身(要以旋转固定的方式连接到组件)不同的材料制成,由于不相等的热膨胀系数,存在组件和轴承圈在操作(/工作/运行)(operation)时将相对于彼此旋转的风险。特别是在汽车领域中,在传动系(drive train)中(特别是在电动马达中),通常安装铝座(/铝制轴承座)(aluminum housing)元件,轴承压入到该铝座元件中,轴承被构造为相对于固定的(/静止的)(stationary)铝座支撑旋转轴或旋转转子。然而,这些轴承或其相应的轴承圈通常由滚动轴承钢制成,并且因此具有与接纳铝座不同的热膨胀系数。这导致轴承圈在操作时(/工作时)比接纳铝座膨胀得慢,这进而导致通过压配合(/压配)(pressfit)保持的轴承松动(loosen)。由此,尽管压配合,但轴承圈可能会相对于铝座旋转,这导致高扭矩损失或能量损失以及轴承和座的严重磨损。
因此,在现有技术中,常将O形环(O-rings)引入到轴承圈的外表面中,这会增加轴承圈与座之间的摩擦,即使在不同膨胀的情况下,这也会增加轴承圈与座之间的摩擦。然而,这些O形环由弹性体材料构成,弹性体材料(会)快速(/容易)老化和磨损,特别是在充油的座中。此外,油环境导致摩擦减少,这抵消了旋转防止。此外,已知的是使压配合增大,然而,这导致轴承的高预载荷并损坏整个轴承。特别是在低温下,这可能会导致轴承和/或座损坏。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种即使当轴承和座具有不同的热膨胀系数时也确保轴承在座中的良好压配合的轴承组件。
该目的通过根据专利方案1所述的轴承圈以及根据专利方案9所述的轴承组件来实现。
在下文中,提出了一种轴承圈和包括该轴承圈的轴承组件,其中,轴承圈由第一材料制成,并且轴承圈被构造为连接到由第二材料制成的组件(/组成部件)(component)。这里,根据本申请的另一方面要求保护的轴承组件包括:轴承单元,包括所述轴承圈作为第一轴承圈和第二轴承圈,第一轴承圈和第二轴承圈被布置为可相对于彼此旋转;以及组件,轴承单元集成(/一体化)到该组件(component)中,使得轴承单元和组件(component)旋转地固定。这里,组件优选由铝或铝材料制成,而轴承单元的一个或多个轴承圈由滚动轴承钢制成。轴承单元可以是任何类型的滚动轴承、混合滚动轴承或滑动轴承。
由于材料不同,为了将轴承圈附接在组件中而不会由于不同的热膨胀而松动,至少一个补偿元件被附接到轴承圈,该补偿元件由第三材料制成,第三材料的热膨胀系数比第二材料的热膨胀系数高、与第二材料的热膨胀系数相似或者与第二材料的热膨胀系数相等。
如果补偿元件的材料具有与组件的材料的热膨胀系数相似或相同的热膨胀系数,则该补偿元件类似于接纳轴承圈的组件的材料那样膨胀。然而,特别地,在塑料补偿元件的情况下,较高的膨胀系数也可以是有利的,使得补偿元件比组件或轴承圈的材料膨胀得多或快。由此可以确保轴承圈和组件始终保持彼此连接,使得即使在高的热波动(/热起伏)(thermal fluctuation)以及轴承圈和组件的热膨胀系数非常不同的情况下,轴承圈和组件也旋转地固定。因此,可以可靠地防止与其相关联的旋转和扭矩传递损失(/传输损耗)或与其相关联的磨损。这里,在轴承组件中,补偿元件有利地与轴承圈接触和组件两者接触。
这里,特别优选的是,第二材料和第三材料是相同的。由此,可以确保补偿元件和组件的热行为(/热性能)相同。
根据另一优选的示例性实施方式,补偿元件通过压配合来附接到轴承圈。这能够实现特别简单的附接,特别是当补偿元件由金属材料(诸如,以铝为例)制成时。
以类似的方式,其中轴承圈自身通过压配合来附接到组件的轴承组件的示例性实施方式也是优选的。
作为另一种选择,补偿元件也可以包覆成型(overmolded)到轴承圈上。特别优选的是补偿元件由塑料制成。当然,也可以包覆成型金属补偿元件,并且可以通过压配合来附接塑料元件。
如果补偿元件通过压配合来附接到轴承圈,并且轴承圈也通过压配合来附接到接纳组件,则优选的是,补偿元件与组件之间的重叠(/叠置)(overlap)不同于轴承圈与补偿元件之间的重叠。特别有利的是,补偿元件为环形。由于不同的重叠,可以确保,在所有温度下补偿元件与轴承圈之间以及补偿元件与组件之间始终存在压配合。
这里,特别地,在补偿元件附接到外圈的情况下,有利的是,外圈与补偿元件之间的重叠比补偿元件与组件(诸如,以座为例)之间的重叠大。
如上所述,优选将补偿元件设计为环形。这确保了对轴承圈或组件的抵接表面均匀且最大。
然而,还可以想到将补偿元件设计为绕着轴承圈/组件布置的离散元件,离散元件优选均匀地分布。
根据另一优选的示例性实施方式,轴承圈包括接纳部(receptacle),补偿元件布置在接纳部中。该接纳部可以被构造为环形槽,以接纳例如环形补偿元件,但是接纳部也可以被构造为离散的单独接纳部,其中,对应的离散补偿元件插入离散的单独接纳部中。
轴承圈自身通常包括两个侧表面(/侧向表面)和位于边缘处的两个端表面(/端面)。接纳部优选地布置在边缘处,并且可以被构造为形成在外表面中的槽,补偿元件被注射(/注入)(inject)到该槽中。
以下示例性实施方式是特别优选的:接纳部被构造为向端侧和向外表面中的一个两者开口(/敞开)(open),使得补偿元件可以容易地插入。这里,特别地,接纳部(receptacle)和补偿元件被构造为环形。
根据另一优选的示例性实施方式,接纳部不是仅形成在一个端侧,而是形成在两个端侧,使得轴承圈在两个边缘上包括补偿元件。由此,一方面,可以增加轴承单元在组件中的固定,并且另一方面,可以防止轴承圈在组件中的倾斜(tilting),该倾斜可能会导致劣化的运行行为。
在说明书、附图和权利要求书中列举了另外的优点和有利的实施方式。这里,特别地,在说明书和附图中指定的特征的组合仅是示例性的,使得特征也可以单独存在或者以其他方式组合。
在下文中,使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。这里,示例性实施方式和示例性实施方式中所示的组合仅是示例性的,并不旨在限定本发明的范围。该范围仅由未决的权利要求限定。
附图说明
图1示出了轴承组件的优选示例性实施方式的示意性立体图;
图2示出了图1中所示的轴承单元的示意性立体图;
图3示出了图1和图2中所示的轴承单元的示意性截面图;
图4示出了轴承单元的另一优选示例性实施方式的示意性截面图;以及
图5示出了轴承组件的部件的尺寸比的未按比例绘制的示意图。
在下文中,相同或功能等同的元件由相同的附图标记表示。
100 轴承组件
20 轴承单元
22 轴承外圈
24 轴承内圈
26 滚动元件
28 槽
30;32 端表面
34;36 外表面
40 组件
50 补偿元件
d5 补偿元件的内径
d28 槽28的外径
d22 轴承外圈的外径
d40 组件40的内径
O1;O2 重叠
具体实施方式
图1示意性地示出了轴承组件100,轴承组件100包括容纳在组件40中的轴承单元20。特别地,从图2和图3中还可以看出,在所描绘的示例性实施方式中,轴承单元20被构造为滚动轴承(特别是球轴承),并且包括轴承外圈22、轴承内圈24以及布置在轴承外圈22与轴承内圈24之间的球形式的滚动元件26。滚动元件26自身可以被接纳(/容纳)在保持架(未描绘)中,以将滚动元件彼此间隔开并引导滚动元件。
当然,其他类型的滚动轴承(诸如,以圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承或球面滚子轴承为例(仅举几个例子))同样可以作为轴承单元20存在。还可以不将轴承单元20设计为滚动轴承,而是设计为滑动轴承。
这种轴承组件100的问题在于,组件40和轴承单元20(或者特别是轴承圈,在所描绘的示例性实施方式中为外圈22)通常由不同的材料制成。因此,特别地,在汽车制造中,通常在传动系(drive train)或电动马达中,组件40由铝或铝合金制成,而轴承圈由滚动轴承钢制成。在操作(/运行)时或者在冬季的低温下,材料性质不同,特别是材料的热膨胀不同,导致组件40和轴承单元20表现不同,特别是膨胀不同。由于轴承单元20通常以压配合(/压配)(press fit)(方式)布置在组件40中,因此这种不同的热膨胀导致轴承单元的压配合松动(loosening),从而导致轴承圈22与组件40之间的相对运动。这种共同旋转(/共转)(corotation)导致轴承单元20与座40之间的磨损增加,并且导致要防止的传递损失(/传输损耗)。
为了避免轴承单元20与组件40之间的压配合松动,如图2至图4所示,在轴承圈22上设置有槽28,所谓的补偿元件50布置在槽28中。
在所描绘的示例性实施方式中,该补偿元件50被构造为环形,并且由具有与组件40的材料的热膨胀系数相似的热膨胀系数的材料制成。补偿元件50优选地布置在轴承圈22的一个端表面30(参见图3)或两个端表面30、32(参见图4)的边缘处。这里,特别地,从图3和图4中可以看出,槽28向轴承圈22的相应的端表面30、32和外表面34两者开口(/敞开)(open)。在所描绘的其中补偿元件50附接到轴承外圈22的示例性实施方式中,面向接纳轴承单元20的组件40的外表面34是径向外表面34。如果补偿元件布置在内圈24上,则槽28将相对于内圈的径向内表面36开口。
如果补偿元件50如图4中所描绘的那样布置在轴承圈22的两个端侧30、32,则还可以抵消轴承圈的倾斜(tilting),这确保即使在高温下也改善轴承圈的运行性质(/特性)。
从图2至图4还可以看出,补偿元件50优选通过压配合(/压配)来附接到轴承外圈22。
这里,特别优选的是,调整补偿元件50与轴承圈22之间或轴承圈22与组件40之间的重叠(/叠置)(overlap),使得始终确保压配合。“重叠”应理解为表示通过压配合彼此接合的两个元件的尺寸差。在图1至图4所描绘的示例性实施方式中,补偿元件50利用压配合(方式)布置在轴承外圈22上,并且轴承圈22利用压配合(方式)布置在座40中,重叠对应于补偿元件50、座40与轴承外圈22之间的尺寸差。
在图5中描绘了这种重叠情况,图5示意性地指示了轴承单元20相对于补偿元件50和组件40的尺寸,其中,所有元件都以非组装状态示出。然而,该图将被理解为仅作为解释,而不是分解图。
从图5的示意图可以看出,在静止(rest)状态下,组件50的内径d50小于引入轴承圈22中的槽28的外径d28。直径d50与直径d28之间的差被指定为重叠O1。在组装期间,补偿元件50被加热到使其尺寸改变(即,膨胀)的程度,并且因此可推压到轴承圈22上或槽28中。随后冷却,继而确保补偿元件50在轴承圈22上的相应压配合,更确切地说,确保补偿元件50在槽28中的相应压配合。
以类似的方式,轴承圈22与组件40之间的重叠O2经由组件40的内径d40与轴承圈22的外径d22之间的差来确定。
从图5还可以看出,在所描绘的示例性实施方式中,补偿元件50与轴承圈22(更确切地说,槽28)之间的重叠O1比组件40与轴承圈22之间的重叠O2大。由于这种不同的重叠,可以确保,即使在补偿元件由于加热而膨胀时,补偿元件也始终与轴承圈22压配合。由于在补偿元件50安装在轴承圈22上的状态下,补偿元件50与轴承22具有相同的外径d22,因此在补偿元件50与组件40之间也产生(/出现)重叠O2。
因此,补偿元件50与组件40之间的重叠O2也可以较小,由于补偿元件50和组件40具有实质上相同的热膨胀性质,或者特别是在塑料的情况下,补偿元件50还具有较大的热膨胀性质,并且因此补偿元件50与组件40之间的重叠理想地保持恒定。这特别适用于当组件40和补偿元件50由相同的材料制造时。
以这种方式设定的重叠确保在所有温度下补偿元件50都与轴承圈22和组件40两者压配合。由此,可以确保,即使在高的温度波动(/高的温度起伏)(high temperaturefluctuation)和大热膨胀的情况下,补偿元件50也始终与轴承圈22和组件44接触,并且因此确保轴承单元20与组件40之间的连接,使得轴承单元20和组件40旋转地固定。
这里,特别优选的是,补偿元件50由与组件40的材料相同的材料制成;然而,补偿元件50也可以由不同的材料制造,但该材料具有与组件40的材料的热性质相似的热性质。该材料也可以具有较高的热膨胀系数,特别有利但不排他地,补偿元件由塑料制成。
总之,借助于上述补偿元件,可以确保轴承单元可以附接在组件中,使得即使在预期材料不同以及(存在)高温差时,轴承单元和组件也旋转地固定。由于补偿元件的热膨胀性质和组件的热膨胀性质实质上相同,因此通过适当选择重叠,特别地,可以实现组件与补偿环之间的重叠或多或少(/差不多)是恒定的,这导致良好的压配合。然而,也可以将补偿元件与轴承圈之间的重叠选择为,使得补偿元件不会松动并且轴承圈可以相对于补偿元件旋转。由此,可以可靠地防止轴承的旋转。
Claims (12)
1.一种用于轴承单元(20)的轴承圈(22;24),其中,所述轴承圈(22;24)由第一材料制成,并且所述轴承圈(22;24)被构造为连接到由第二材料制成的组件(40),其特征在于,至少一个补偿元件(50)附接到所述轴承圈(22;24),所述补偿元件(50)由第三材料制成,所述第三材料的热膨胀系数比所述第二材料的热膨胀系数高、与所述第二材料的热膨胀系数相似或者与所述第二材料的热膨胀系数相同。
2.根据权利要求1所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述第二材料和所述第三材料是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述补偿元件(50)通过压配来附接到所述轴承圈(22;24)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述补偿元件(50)包覆成型在所述轴承圈(22;24)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述补偿元件(50)布置在形成于所述轴承圈(22;24)上的接纳部中。
6.根据权利要求5所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述接纳部被构造为环形槽(28),并且优选地,所述补偿元件(50)是环形的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轴承圈(22;24),其特征在于,所述轴承圈(22;24)包括第一端表面(30)和第二端表面(32)以及第一外表面(34)和第二外表面(36),所述至少一个接纳部布置在边缘处并且被构造为环形槽(28),所述环形槽(28)向所述端表面(30;32)中的一个和所述外表面(34;36)中的一个开口。
8.根据权利要求7所述的轴承圈(22;24),其特征在于,存在两个边缘侧接纳部,所述两个边缘侧接纳部布置在所述第一端表面(30)和所述第二端表面(32)上。
9.一种轴承组件(100),包括轴承单元(20)和连接到所述轴承单元(20)的组件(40),所述轴承单元(20)包括被构造为能够相对于彼此旋转的第一轴承圈(22;24)和第二轴承圈(22;24),所述组件(40)连接到所述第一轴承圈(22;24),使得所述组件(40)和所述轴承圈(22;24)旋转地固定,其中,所述第一轴承圈(22;24)由具有第一热膨胀系数的第一材料制成,并且所述组件(40)由具有第二热膨胀系数的第二材料制成,其特征在于,所述第一轴承圈(22;24)是根据权利要求1至8中任一项所述的包括补偿元件(50)的轴承圈(22;24)。
10.根据权利要求9所述的轴承组件(100),其特征在于,所述补偿元件(50)与所述第一轴承圈(22;24)接触并且与所述组件(40)接触。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(100),其特征在于,所述第一轴承圈(22、24)通过压配来连接到所述组件(40)。
12.根据权利要求11所述的轴承组件(100),其特征在于,所述补偿元件(50)是环形的并且通过压配来附接到所述轴承圈(22;24),其中,轴承圈(22、24)与组件(40)之间的重叠(O1、O2)不同于轴承圈(22;24)与补偿元件(50)之间的重叠(O1、O2)。
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