JP2009513887A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は二つの転がり軸受（２ａ、２ｂ）により片持ち式に支持され、駆動かさ歯車（３．１）を備えた伝動軸（３）用の軸受ユニット（２）に関する。前記伝動軸（３）は温度が上昇した時に駆動かさ歯車（３．１）の方向へ膨張できるような方法で、軸方向の片側に取り付けられた軸受ブッシュ（２．１）によりギアハウジング（１）内に支持されている。しかしながら、ギアハウジング（１）は駆動かさ歯車（３．１）と反対向きの軸方向に膨張する。二つの転がり軸受（２ａ、２ｂ）は軸受ブッシュ（２．１）の軸方向の固定部に対して駆動かさ歯車（３．１）側に配置されている。

Description

本発明は少なくとも１個の転がり軸受及び該転がり軸受を保持する軸受ブッシュを介してギアハウジング内に配置され、該軸受ブッシュが回転軸に関し軸方向に軸方向支持面を介してギアハウジングに取り付けられている少なくとも一つの伝動軸を有する歯車駆動装置用の軸受ユニットに関する。

Ｏ−配置における軸受の軸方向に互いに対して偏倚している、二つの円すいころ軸受を有するアクスルハウジング内の自動車用ディファレンシャルの駆動軸は、すでに特許文献１より知られている。二つの円すいころ軸受の内の一つはアクスルハウジングと分離したハウジング・インサートを介してアクスルハウジング内に取り付けられている。アクスルハウジングは軽金属で、またハウジング・インサートは鋼又は鋳鉄で形成されている。

独国特許発明第１９８ ０８ ５６６ Ｃ１号明細書

本発明が基づいている目的は軸の全体の軸受配置を簡単な方法で取り付けることができ、熱膨張による軸方向への軸の変位が補償されるような軸受ブッシュを設計し配置することにある。

上記目的は、本発明により、軸受ブッシュが伝動軸の全ての転がり軸受に対して複数の支持面を有することにより達成される。これは軸受ブッシュの温度上昇の間、伝動軸全体が軸受ブッシュの膨張に従って変位するという、本発明に必須の利点を達成する。軸受ブッシュは一つのみの軸方向支持面を介して、軸方向に取付けられるため、軸受ブッシュの少なくとも部分的な軸方向の膨張は、軸方向支持面の位置に従って一方向のみに生じる。

全ての転がり軸受を保持する軸受ブッシュにより、軸受ユニット全体が簡単な方法で伝動軸、転がり軸受、及び軸受ブッシュから成るユニットとしてギアハウジング内に取り付けられるように、伝動軸全体は二つの転がり軸受を介して軸受ブッシュ内に対応する流路配置を伴って組み込まれることができる。軸受ユニットはギアハウジング内に片側から取り付けられる。ギアハウジングはそれに対応して一箇所のみでシールされる。

この点において、軸受ブッシュが回転軸に関して少なくとも軸方向に、少なくとも一つの軸受部品を介して間接的にギアハウジングに結合されることが有利である。軸受部品の使用は、熱により生じる伝動軸の軸方向変位に対し有利に影響することができる。軸受部品が軸受ブッシュ又はギアハウジングと異なる熱膨張係数を有する場合、該軸受部品によって軸方向の熱膨張は設定可能である。自動車部門における従来の軸受寸法の場合、軽金属から作られた軸受ブッシュを有する軽金属ハウジングと、鉄材から作られた軸受部品の組み合わせは非常に有利であることが判明している。

このタイプの軸受ブッシュ構造は、何よりもかさ歯車軸として設計され被動かさ歯車と係合する伝動軸の場合に有利である。かさ歯車と被動かさ歯車の間のかみ合いにおける変位を最小限に減らす、熱により生じる軸方向の膨張の補償が達成される。ギアハウジングの材料選定により、軸受部品及び軸受ブッシュ、ならびに比例してそれぞれの全長において各々の伸びの比率が定義でき、かみ合いにおける変位量を最小限に減らすことが可能である。

この点において、軸受ブッシュが運転において生じた温度上昇の間、支持面がギアハウジングに対して軸方向にギアハウジング内へと変位するような方法で、ギアハウジング内に取り付けられることは有利である。それにより達成されるのは熱により生じたギアハウジングの膨張が反対方向に補償されるということである。温度上昇中にギアハウジングは軸方向に外側へも膨張する。ギアハウジング内に取り付けられた軸受ブッシュはその結果、同様に外側へ変位する。しかしながら同時に、軸受ブッシュは内側に膨張するので、軸方向の膨張の補償がここでは達成される。

該比率を決定するために必要な値はテストにより決定することができる。そのような比率で、運転温度においてかみ合いで生じる変位は非常に容易に計算可能である。効率及び騒音の発生は著しく最適化される。

一つの発展形態によれば、追加の可能性はギアハウジング内の回転軸上の仮想固定点に関し、少なくともギアハウジング、軸受部品、及び軸受ブッシュに対する材料の実際の選定による特定の運転温度の関数として、軸受ブッシュと該固定点の間の距離が定義できることである。上記のギアハウジングと一緒の軸受ブッシュの外側への絶対変位、及びギアハウジングに対して反対の内側への相対変位は、本発明により一定となる距離を生じさせている。与えられた配置での材料の適切な選定とは逆に、材料の選定が決定された状態で、運転温度での歯のかみ合いの可能な限り最良の位置をもたらす特定の距離が設定可能である。

熱により生じる軸受ユニット及びギアハウジングの膨張と同じ方法で、例えば歯のかみ合い点に関する、かさ歯車と被動かさ歯車の組み合わせにおいて、被動かさ歯車の軸方向の膨張を同様に考慮に入れることができる。軸受ブッシュが本発明に従って設計されることにより、それぞれの構成要素に起因する軸方向の熱膨張は、歯のかみ合い変位がより簡単に計算できるよう構造的又は設計的に分離される。

本発明による解決策に関連して、伝動軸が軸受ユニット内にオーバーハングして組み込まれ、そして全ての転がり軸受が軸受ブッシュの軸方向支持面に関して軸方向で片側に配置されていることは有利である。軸受ブッシュが軸方向で片側に取り付けられていることにより、本発明によるギアハウジングと軸受ブッシュの相反する伸びが確立される。軸受ブッシュが軸方向に動けるように取り付けられている範中においては、それは半径方向に直接ギアハウジング内に固定され、そして軸受部品が用いられるときは、後者を介して間接的にギアハウジング内に固定される。

この点で、軸受ブッシュがおねじを有し、軸受部品又はギアハウジングにおける対応するめねじを通じて後者に油密にねじ込まれることは有利である。これは簡単な方法で取付け可能で、そこで軸受ブッシュから軸受部品に力が伝達される接続を提供する。このため、軸受ブッシュは軸方向に片方の端面で軸受部品に対して支える。力は軸受部品を介して該端面に伝達される。

本発明に従った解決策の好適な実施形態によれば、最後に、軸受ブッシュが半径方向に向いた外側のはめ合い面を有し、該はめ合い面が外周にわたり分配されて少なくとも一部の領域内に、はめ合い面の軸方向の全長にわたり延びる窪みを有する用意がある。これは伝動軸の片側軸受配置が必要な潤滑油の供給を受けることを確実にする。部分的な領域の径の減少は軸受ブッシュとギアハウジングの間に、一種の流路を軸方向に形成する。更に、軸受ブッシュ内での二つの転がり軸受の使用は第１の転がり軸受と軸受部品の間に配置された転がり軸受が潤滑油を供給され得ることを確実にする。部分的な領域の大きさ及びはめ合い面の外径に対する差はそれぞれのパラメータに適合しなければならない。

この点において、軸受ブッシュが外周にわたり分配されて、半径方向に走っている少なくとも一組の油穴又は油の流路を有し、該油穴はそれぞれの場合ピニオンフランジ軸受と呼ばれる転がり軸受に割り当てられる支持面の上流又は下流に配置されていることもまた有利である。部分的な領域を通って軸方向に運ばれる潤滑油は、それによって転がり軸受に向かって内側へ運ばれる。転がり軸受の支持面は油穴で中断されないことが有利である。

軸受ブッシュが油穴の領域内に少なくとも一つの窪みを有し、該窪みがギアハウジング又は軸受部品と軸受ブッシュの間に少なくとも一つの油穴に浸透流として接続された、油受け用の或る容積を形成することは本発明にとって特に重要である。それにより一つの油溜めが部分的な領域に続いて軸方向に形成される。この油溜めにより油圧の差は緩和され、全ての側からの転がり軸受の潤滑は確保される。

本発明による設計及び配置に関連して、軸受ブッシュが転がり軸受のための軸方向の支えとして設計された支持段部を有し、該支持段部は内周にわたり分配されて、軸方向に走っている少なくとも一つの打ち抜き部分を有することが有利である。該打ち抜き部分は転がり軸受が油穴を通じてオイル又は潤滑油を供給され、オイルが外側の転がり軸受から内側の転がり軸受に届くことを確実にする。

更に、転がり軸受が伝動軸の二つの隣接した支持面に取り付けられ、該支持面又は転がり軸受が３〜３０ｍｍ、特に７ｍｍの距離にあることが有利である。伝動軸を取り付けるための全体スペースはそれにより最小限まで減らされる。半径方向の力は、はめ合い面を通じてギアハウジングに伝達され、軸方向の力は軸受部品を通じて後者に伝達される。転がり軸受間の短い距離、及び転がり軸受間の伝動軸の短い長さのために、熱により生じる軸方向の膨張は相応に小さい。

ギアハウジング及び軸受ブッシュが軽金属合金で形成され、軸受部品が鉄材で形成されることは本発明にとって特に重要である。それにより達成されるのは軸受ブッシュとギアハウジング間のはめ合いが、軸受ブッシュとギアハウジングの同一の熱により生じる膨張のために、はめ合いに許容される公差内でのみ変動し、そして相応して確実に、またしっかりと嵌合されることである。はめ合いの設定は、軽微な異種材料に関するパラメータのみが考慮されねばならないか、又はそれが不要なまでに単純化される。

軸受部品に対する鉄材の使用は歯のかみ合い点を熱膨張係数に応じて調整するのに有利である。

温度に依存する同一材料の許容限度内のはめ合いのみが、該はめ合いを通じてより大きな軸受力の伝達を可能にする。軸受ブッシュがギアハウジング内へ簡単な方法で導入出来るはめ合いの選定の可能性がある。ギアハウジングに比較して原理的に生じる軸受ユニットのより大きな温度上昇のため、はめ合いのスキマは減少し駆動かさ歯車取付けの半径方向の支持は改善される。

非常に異なる熱膨張係数の材料を共に嵌合した二つの構成部品の生産は、締まりばめの場合、温度範囲によりもはや許容範囲内にない公差をもたらす。長期間では、これははめ合い面に生じる摩擦とともに、はめ合い部内でのスキマと支持面及び歯のかみ合いの早期摩耗をもたらす。

更に、転がり軸受がＸ−又はＯ−配置の円すいころ軸受として配置され、伝動軸が駆動かさ歯車を保持するか、又はかさ歯車軸として設計されることは有利である。本発明による軸受ブッシュは転がり軸受及びかさ歯車軸と共に事前に組み立てられることができ、素早く簡単に設置することが可能である。同一の材料を伴ってはめ合いにより取り付けられた軸受ブッシュは、より大きな力の伝達及び二つの転がり軸受を保持するこれに基づく利点と共に、またオイル運搬のための対応する手段と共に、かさ歯車軸の使用に対し卓越して適切な利点を提供する。

本発明の更なる利点及び詳細は特許請求項及び明細書中に説明され、図に例示されている。

図１によれば、伝動軸３は駆動かさ歯車３．１を有するかさ歯車軸として設計され、回転軸４まわりに軸受ユニット２の内部で回転する。駆動かさ歯車３．１は被動かさ歯車サポート１１．１を介して被動かさ歯車軸１２まわりに回転する被動かさ歯車１１とかみ合う。被動かさ歯車軸は回転軸４と９０°未満の角度をなす。

かさ歯車軸３は円すいころ軸受として設計された二つのころ軸受２ａ、２ｂを介して軸受ブッシュ２．１内に取り付けられている。転がり軸受２ｂはピニオンフランジ軸受と呼ばれる。軸の取付け用として、軸受ブッシュ２．１は二つの半径方向支持面２．１ａ、２．１ｂ及び支持段部と呼ばれる二つの軸方向支持部２．４、２．６を有する。転がり軸受２ａ、２ｂは７ｍｍ離れている。図示されていない実施形態においては、転がり軸受２ａと２ｂの間の距離は３〜３０ｍｍである。

軸受ブッシュ２．１は半径方向にギアハウジング１内及び軸受部品２．２内にはめ合い面７を介して取り付けられている。軸受ブッシュ２．１はギアハウジング１に関して軸方向支持面２．３を介して支持されている。更に、軸受ブッシュ２．１は軸受部品２．２におねじ５を通じて軸方向にねじ込まれている。軸受部品２．２は軸受カバーと呼ばれ対応するめねじ６を有する。軸受カバー２．２は複数のボルト１３を介してギアハウジング１に固定されている。一つのボルト１３は例として図示されている。

被動かさ歯車１１に対する駆動かさ歯車３．１の位置はスペーサ座金１．１を介して低温状態で軸方向に固定される。スペーサ座金１．１に隣接して円盤状シールの形のシール手段１４が、ギアハウジング１と軸受カバー２．２の間のスペーサ座金１．１の周囲に設けられている。更なる軸受ユニット２の調整はピニオンフランジ軸受２ｂの伝動軸３に対する位置を設定するスペーサリング３．２により行なわれる。

ピニオンフランジ軸受２ｂの軸受内輪が伝動軸３のシャンクに圧入された後、駆動かさ歯車は事前に取り付けられた軸受ユニット２内へ導入され、スペーサリング３．２はピニオンフランジ軸受２ｂの軸受内輪と共に圧入され、そしてシール手段１４が取り付けられた後、軸受カバー２．２がギアハウジング１にねじ締めされる。

運転状態におけるギアハウジング１及び軸受ユニット２全体の温度上昇の間、ギアハウジング１及び軸受部品２．２は被動かさ歯車１１の反対方向に、軸方向へ膨張する。それに反して軸受ブッシュ２．１は軸方向の片側の取付けによって被動かさ歯車１１の方向に膨張する。ギアハウジング１内の回転軸４上における仮想の固定点１５と軸受ブッシュ２．１の間の軸方向距離１６は運転温度の上昇とともに減少する。

軸方向支持面２．３に当接して、軸受ブッシュ２．１、転がり軸受２ａ、２ｂ、伝動軸３及び従って駆動かさ歯車３．１は被動かさ歯車１１の方向に移動する。これは軸方向で、反対方向に向いたハウジングの膨張の補償をもたらす。駆動かさ歯車３．１から被動かさ歯車１１へのかみ合いにおける変位はその結果減少する。騒音の発生は緩和され、摩耗は減少し、そして効率は増加する。

軸受ブッシュ２．１は図２に示すように軸受部品２．２におねじ５を通じて軸方向に油密にねじ込まれている。軸方向には、軸受カバー２．２は軸受ブッシュ２．１のおねじ５に隣接した軸方向支持面２．３に当接する。軸方向の支持力は軸方向支持面２．３を介して軸受カバー２．２に伝達される。更に、温度上昇及び軸方向の膨張の間、軸受ブッシュ２．１は軸方向支持面２．３を通じて軸受部品２．２に支持される。これは被動かさ歯車１１と駆動かさ歯車３．１の間の歯のかみ合い点が一定に保たれるという、本発明による利点を提供する。

図２及び３に示すように、軸受ブッシュ２．１は外周上に１２０°の間隔で分配されて、はめ合い面７の外径７．１に比べ減少した径８．１を持つ窪み８、８’、８’’を有する。窪み８、８’、８’’によって一種の潤滑油流路が、はめ合い面７の軸方向全長７．２にわたり、トランスミッションオイルが軸受カバー２．２の方向に軸受ユニット２内へ浸透するように、軸受ブッシュ２．１とギアハウジング１の間に形成される。

窪み８、８’、８’’にそれぞれ一定量のオイルを受ける窪み１０が続く。オイルはそれぞれの場合、窪み１０から一対の油穴９ａ、９ｂを通じて円すいころ軸受２ｂの上流又は下流に導かれる。油穴９ａは窪み１０の領域に直接通じる。油穴９ｂは軸方向支持面２．３に隣接している窪み１０に続く軸受ブッシュ２．１の領域に通じる。

円すいころ軸受２ｂ用の支持面２．１ｂは油穴９ａと９ｂの間に設けられている。油穴９ａ、９ｂを通じて流れるオイルは両側から円すいころ軸受２ｂに導かれる。

オイルがより効率的に円すいころ軸受２ａに供給できるように、軸方向支持部２．４は各々の窪み８、８’、８’’の領域内に、その内部で軸方向支持部２．４が中断される打ち抜き部２．５、２．５’、２．５’’を有する。オイルのより良い伝導のために、軸方向支持部２．４の内径２．４ａは打ち抜き部２．５、２．５’、２．５’’の領域において支持面２．１ｂの径よりも大きい。

これは二つの円すいころ軸受２ａ、２ｂのまわりに、回転する駆動かさ歯車３．１により運ばれた連続的に流れる油流を生じる。連続的に流れる油流は二つの円すいころ軸受２ａ、２ｂ間の距離及び、かさ歯車軸３上の二つの対応する支持面３ａ、３ｂ間の距離が本発明により、大幅に減少するよう設計されることにより改善される。

ギアハウジング１と軸受ブッシュ２．１の間の同一材料のはめ合いは、熱膨張係数が同一であるためトランスミッションの温度上昇の間、維持される。軸受ブッシュ２．１が取付けの目的で問題なくギアハウジング１内へ導入出来るような狭さのはめ合いが選択されるべきである。原理的に生じる軸受ブッシュ２．１又は軸受ユニット２の大幅な温度上昇のため、はめ合いのスキマは更に小さくなり、駆動かさ歯車３．１の半径方向の支持は更に改善される。

運転温度におけるスキマのない、また摩耗のないはめ合いは、一様でない材料のはめ合いに比べて基本的により高い耐荷重容量を有する。これは二つの円すいころ軸受２ａ、２ｂを軸受ブッシュ２．１内に取り付ける可能性、及び二つの円すいころ軸受２ａ、２ｂ間の距離を最小限に小さくし、従って全体のスペース及び重量を減らす可能性を提供する。円すいころ軸受２ａ、２ｂを潤滑するための別々のオイル運搬は本発明によるオイルの誘導により不必要である。

ギアハウジング内の、軸受ブッシュを伴う軸受ユニットの断面図を示す。 軸受ブッシュの断面図を示す。 図２による軸受ブッシュの上面図を示す。

Claims (11)

1. 少なくとも一つの転がり軸受（２ａ）と、前記転がり軸受（２ａ）を保持する軸受ブッシュ（２．１）を介してギアハウジング（１）内に配置された少なくとも一つの伝動軸（３）とを有し、前記軸受ブッシュ（２．１）が回転軸（４）に関し軸方向に軸方向支持面（２．３）を介して前記ギアハウジング（１）に取り付けられている、歯車駆動装置用の軸受ユニット（２）であって、
   前記軸受ブッシュ（２．１）が前記伝動軸（３）の全ての前記転がり軸受（２ａ、２ｂ）用の複数の支持面（２．１ａ、２．１ｂ）を有することを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記軸受ブッシュ（２．１）が回転軸（４）に関し少なくとも軸方向に、少なくとも一つの軸受部品（２．２）を介して間接的に前記ギアハウジング（１）に結合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記軸受ブッシュ（２．１）が運転により生じる温度上昇の間、前記支持面（２．１ａ、２．１ｂ）が前記ギアハウジング（１）に対して軸方向に、前記ギアハウジング（１）内へと変位するよう前記ギアハウジング（１）内に取り付けられることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記ギアハウジング（１）内の回転軸（４）上の仮想の固定点（１５）に関して、前記軸受ブッシュ（２．１）と前記固定点（１５）の間の距離（１６）が、少なくとも前記ギアハウジング（１）、前記軸受部品（２．２）、及び前記軸受ブッシュ（２．１）の材料の実際の選定により特定の運転温度の関数として定義できることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記伝動軸（３）が前記軸受ユニット（２）内にオーバーハングして取り付けられ、全ての転がり軸受（２ａ、２ｂ）が前記軸受ブッシュ（２．１）の軸方向支持面（２．３）に対して軸方向で片側に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記軸受ブッシュ（２．１）がおねじ（５）を有し、前記軸受部品（２．２）又はギアハウジング（１）における対応するめねじ（６）を通じて、油密にねじ込まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記軸受ブッシュ（２．１）が半径方向に向いた外側のはめ合い面（７）を有し、同はめ合い面（７）がその外周にわたり分配されて、少なくとも一部の領域内で前記はめ合い面（７）の軸方向の全長（７．２）にわたって延びる窪み（８）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記軸受ブッシュ（２．１）がその外周にわたり分配されて、半径方向に走っている少なくとも一対の油穴（９ａ、９ｂ）又は油の流路を有し、同油穴（９ａ、９ｂ）がそれぞれ、ピニオンフランジ軸受と呼ばれる転がり軸受（２ｂ）に割り当てられた支持面（２．１ｂ）の上流又は下流に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記軸受ブッシュ（２．１）が前記油穴（９ａ、９ｂ）の領域内に少なくとも一つの窪み（１０）を有し、同窪み（１０）が前記ギアハウジング（１）又は前記軸受部品（２．２）と前記軸受ブッシュ（２．１）の間に、少なくとも一つの油穴（９ａ、９ｂ）に浸透流として接続されている、油受け用の或る容積を形成していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記軸受ブッシュ（２．１）が軸方向支持部として設計される、前記転がり軸受（２ｂ）用の支持段部（２．４）を有し、同支持段部（２．４）がその内周にわたり分配されて、軸方向に走っている少なくとも一つの打ち抜き部（２．５）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記ギアハウジング（１）及び軸受ブッシュ（２．１）が軽金属合金で形成され、前記軸受部品（２．２）が鉄材で形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。

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