CN103573808B - 用于转向柱的轴承装置和设置有该装置的旋转发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括内环(2)和外环(3)的轴承装置(1)，所述内环和外环各设有用于滚动元件(4)的轴承轨道，所述滚动元件在环之间与轴承轨道接触布置。两个环(2,3)的至少一个包括外壳(6)，所述外壳设有轴向部(6a)和在其端部的两个径向部(6b,6c)。该装置(1)还包括两个轴承元件(7,8)和至少一个预张紧元件(9)，所述轴承元件装配在外壳(6)中并且各形成轴承轨道，所述预张紧元件由回弹材料制成并且布置在外壳(6)的一个径向部(6c)和一个轴承元件(8)之间。预张紧元件(9)装配在第一环(3)的外壳(6)中，与第二环(2)形成摩擦接触，用以在一个环相对于另一个旋转时施加抵抗转矩。

Description

用于转向柱的轴承装置和设置有该装置的旋转发动机
技术领域
本发明涉及滚柱轴承领域，尤其是包括内环和外环以及在两个环之间的一排或多排滚动元件(例如滚珠)的预张紧轴承。这些轴承可以是例如用于机动车、热旋转发动机、工业电动机或机电致动器的轴承。
背景技术
一般来说，用于机动车的转向柱包括轴，所述轴的其中一个端部连接于由驾驶者驱使的方向盘，另一个端部连接于机械元件，如旋转的传送构件或齿轮元件。转向柱的轴通过两个滚动装置安装在壳体内。
欧洲专利申请EP1956254A1描述了一种预张紧轴承，该预张紧轴承包括内环、外环、滚珠排以及预张紧元件，所述外环设有外壳，两个环状卡环安装在该外壳中用以形成滚动轨道，所述滚珠排布置在卡环和内环之间，所述预张紧元件由回弹材料制成并且在外壳的第一径向部和一个环状卡环之间轴向地布置。外壳的第二环状部挤压在另一个环状卡环上，用以将轴向压缩力施加于预张紧元件，由此同时径向和轴向地使轴承预加载。
传统地，这种转向柱轴承必需与尽可能小和尽可能不变的旋转转矩一起工作。然而，对于汽车应用，尤其是最顶级的机动车，对比中级机动车，所期望的是增加转向柱的旋转的抵抗转矩。因此驾驶者不得不对方向盘施加更大转矩，从而有一种车辆的坚固感。这种驾驶感非常重要，因为它有助于驾驶员可能体验到的车辆的质量品质。
发明内容
通过提供新的轴承装置，本发明专门用来克服这些约束，该轴承装置的制造和安装简单经济，同时确保高等级的抵抗转矩。
至此，本发明涉及一种包括内环和外环的轴承装置，所述内环和外环各自设置有用于滚柱元件的轴承轨道，该滚柱元件布置在所述内环和外环之间且与轴承轨道相接触。两个环中的至少一个包括外壳，该外壳设有轴向部和在其端部的两个径向部。所述装置还包括两个轴承元件和至少一个预张紧元件，所述轴承元件装配在外壳中并且各自形成轴承轨道，所述预张紧元件由回弹材料制成并且布置在外壳的其中一个径向部和其中一个轴承元件之间。
根据本发明，装配在第一环的外壳中的预张紧元件与第二环形成摩擦接触，用以在一个环相对于另一个环旋转时施加抵抗转矩。
根据本发明，轴承装置的转矩以及由此机动车转向柱的转矩增加。
由于无需对装置添加额外的部件或是对已知的预张紧轴承装置的大部分组成元件进行实质性的修改而产生附助功能，因此所述轴承是特别经济的。
因此，预张紧元件在其中一个环的壳体中被压缩以保证轴承中的零游隙，因为这在转向柱轴承中是优选的，但是还在另一个环的表面上形成摩擦接触，这种接触可以是直接的或者通过磨损元件。
-根据本发明的有利的但并非强制性的方面，这种轴承装置可包括一个或多个以下特征，包括任何技术上可行的组合：
-装配在其中一个环的外壳中的至少一个轴承元件是环状卡环。
-装配在其中一个环的外壳中的至少一个轴承元件是有波纹的金属环，包括作为滚动元件的轴承轨道的凹环形部。
-滚动元件是滚珠。
-通过保持器，滚动元件在圆周上有间距地保持分开，所述保持器能够设置有轴向布置在预张紧元件相对侧上的环状突出。
-内环是实心型的，具有形成轴承轨道的环形表面。
-预张紧元件由基于例如丁腈橡胶、聚氨酯、三元乙丙橡胶(EPDM)的弹性材料的有弹性材料制成。
-预张紧元件由弹性材料构成，所述弹性材料包括抵抗对摩擦所造成的磨损的添加剂，比如石墨。
-预张紧元件是环状的并且在自由状态时具有矩形横截面，而且具有与第二环形成摩擦接触的孔。
-预张紧元件是环状的并且在自由状态时具有矩形或正方形截面的第一部分以及具有严格小于第一部分的轴向长度的轴向长度的第二部分，该第二部发从第一部分径向延伸至轴承的内侧并且具有与第二环形成摩擦接触的孔。
-预张紧元件的第二部分由朝向滚动元件轴向偏置的第一部分上的根部形成。
-预张紧元件的第二部分具有至少一个与第二环形成摩擦接触的弯曲部。
-形成所述孔的预张紧元件的内表面具有与第二环形成摩擦接触的凸起。
-预张紧元件由轴向保持部保持，用以防止压缩在壳体的径向部和轴承元件之间的预张紧元件的部分的任何膨胀或径向蠕变。
-外壳设有由径向部的端部形成的轴向保持部，所述预张紧元件被紧压在所述轴向保持部上并且所述轴向保持部在滚动元件的方向上轴向延伸。轴向和径向保持部形成大致上三面封闭、一面轴向开放的环状腔室，预张紧元件的具有矩形或正方形截面的第一部分装配在该环状腔室中。
-轴向保持部是被***到预张紧元件的材料内的元件。
-预张紧元件围绕轴向保持部过模制。
-轴向保持部由径向保持部延伸，所述径向保持部由轴向保持部的端部形成并且在轴承的内侧的方向上大致径向地延伸。
-径向保持部部分延伸至预张紧元件的第二部分中，用以防止第二部分的任何轴向变形，从而保证与第二环的持续摩擦接触。
本发明还涉及一种用于机动车的转向柱，包括壳体、轴以及布置在轴和壳体之间的如前所述的轴承装置。内环可安装在轴上且与肩部形成接触，该肩部保证内环的轴向定位。
本发明还涉及一种旋转发动机，该旋转发动机设有固定壳体、在所述旋转发动机的输出端的分布曲轴(distribution crankshaft)、由旋转发动机通过分布曲轴所驱动的外部滑轮，以及根据前述权利要求的任一项所述的并且径向布置在分布曲轴和固定壳体之间的轴承装置。
附图说明
以下通过对仅作为例子给出的本发明轴承装置特定实施方式的描述并且结合附图，会更好地理解本发明，并且更加清楚的理解本发明的其它优点。
图1至7是装置的轴向的半剖面示意图；
图8所示的实施方式与以上实施方式的不同之处在于，轴承装置相对于延伸经过滚动元件中心的径向轴线径向地对称；
图9描述了包括固定壳体的旋转发动机。
具体实施方式
如图1中所示，轴承装置1包括内环2、外环3、成排的滚动元件4，在本例中是滚珠，以及用于保持滚动元件4的圆周向空间的保持器5。
对于这个以及以下的实施方式，形容词“轴向”、“径向”和副词“轴向地”是关于轴承1的中轴线X1定义的，中轴线X1是环2和3的相对旋转轴线。以这种方式，轴向部分或轴向部与轴线X1平行，而径向部分或径向部垂直且环绕该轴线。当一表面相对于轴线X1垂直延伸时该表面被称之为轴向的，当它相对于该轴线的法向垂直延伸时被称之为径向的。例如，一径向部设有指向轴线X1的内表面和指向该轴一相反方向的径向外表面。
内环2是实心型的并且具有环形表面2a，该环形表面在外圆柱表面2b上通过例如机加工制成并且形成用于滚动元件4的轴承轨道。在图1至7所示的例子中，环形表面2a的曲率半径略大于滚动元件4的半径。
外环3包括例如由钢板形成的环状外壳6、例如由钢丝折叠成端部彼此相对的圆环而形成的两个轴承元件(在本例中是环状卡环)7和8，以及由弹性材料制成的预张紧元件9。
外壳6包括轴向部分6a和两个径向部分6b和6c，所述径向部分形成在轴向部分6a的端部并且从轴向部分6a向轴承装置1的内侧径向地延伸。在径向部6c的内轴向边缘6d和内环2的外圆柱表面2b之间设有空间10，用以防止任何与外壳6相接触的风险。
轴承元件7设置成与轴向部分6a的径向内表面和径向部分6b的内轴向表面接触。它也与滚动元件4形成接触。轴承元件8与滚动元件4、轴向部6a的内径向表面以及预张紧元件9的第一轴向表面9a相接触布置。预张紧元件9与外壳6的径向部6c的内轴向表面通过第二轴向表面9b相接触。由此轴承组件7和8各形成与滚动元件4相接触的点，由此形成轴承轨道并且可以承受轴向和径向载荷。预张紧元件9在轴承元件8和径向部分6c之间被压缩。依靠轴承元件7和8、在径向部分6b和6c之间的具有轴向弹性特性的预张紧元件9和滚动元件4的包围，轴承装置和尤其是外环3的封闭允许游隙(play)被消除和永久的预张紧。预张紧元件9在由轴承元件8施加到其上的力的作用下可以弹性地变形。
根据本发明，预张紧元件具有与内环2的外圆柱表面2b的一部分2d形成摩擦接触(在本例中是直接接触)的孔9c。
因此，预张紧元件9具有在外壳6和轴承元件8之间被轴向压缩并且提供预张紧功能的第一外部91，以及第二内部92，所述第二内部特别地朝向轴线X1径向延伸超过内径向边缘6d进入空间10，并且确保了当一个环相对于另一个旋转时比起元件9不存在的时候有更大的摩擦转矩。
根据图1所示的第一实施方式，预张紧元件9是环状的、具有矩形横截面的并且关于非常宽的内环2具有接触表面2d，同时保持简单的几何外形。
图2中所示的第二实施方式，其中相同的元件具有相同的附图标记，与第一实施方式的不同之处在于，形成预张紧元件9的孔9c的内表面具有与内环2的外圆柱表面2b的一部分2d形成摩擦接触的凸起9d。
交替出现凹陷区域的凸起9d可能有各种形状的横截面，例如圆形、椭圆形、三角形、正方形或矩形。根据凸起9d的横截面、内环2的接触表面2d可以是平面的或点状的，以及它们的数量的限定，可以依照应用调整摩擦转矩。
图3所示的第三实施方式，其中相同的元件具有相同的附图标记，与前述实施方式的不同之处在于保持部11是环状的并且被***到预张紧元件9中。轴向保持部11与轴承的轴线X1大致平行。它优选地由刚性材料制成，例如金属。有利的是，预张紧元件9围绕保持部11过模制。
这样的轴向保持部11防止在外壳6和轴承元件8之间被轴向压缩的预张紧元件9的任何膨胀或径向蠕变。这也限制了由于第一部分91的过渡变形导致的第二部分92的轴向和/或径向位移，该位移会消除与内环2的接触或增加摩擦力等级，而优选的情况是它保持不变。
根据图4至7所示的其它实施方式，其中相同的元件具有相同的附图标记，预张紧元件9与以上实施方式的不同之处在于，在外壳2和轴承元件8之间被压缩并且提供预张紧功能的第一外部部分91的轴向长度大于第二内部部分92的轴向长度，这保证了与内环2的接触。
具有这种几何外形的带有预张紧元件9的轴承装置1可能有大致上减少的重量。第二部分92可具有各种几何形状并且能根据下述应用提供优化与内环2接触表面、进而优化摩擦转矩的可能性。
在图4至7所示的所有的实施方式中，第二部分92由根部9e在第一部分91的内径向表面9f的延伸中形成。内径向表面9f由第一部分91和第二部分92之间在轴向长度上的变化限定。有利的是，根部9e在滚动元件4一侧，而内轴向表面9f在外壳的径向部6c一侧。
根据这些实施方式，外壳6还包括形成在径向部6c的端部并且朝向滚动元件4轴向延伸的轴向保持部11a。轴向保持部11a在预张紧元件9的内径向表面9f对面并且大致与之平行。该轴向保持部11a防止在外壳6和轴承元件8之间被压缩的预张紧元件9的第一部分91的任何扩展和径向蠕变。
图4中所示的实施方式表示具有第一外部部分91的预张紧元件9，所述第一外部部分大致上有矩形形状并且比也是矩形的第二内部部分92具有更大的轴向尺寸。预张紧元件的径向表面9a从第一部分91延伸直到第二部分92的端部。
图5所示的实施方式与前述实施方式的不同之处在于，内部的第二部分92具有指向滚动元件4相反方向的弯曲9g。由此，这样的第二部发92与内环2的接触减少。弯曲9g在第二部分92上的径向位置可以在中间或者靠近第一部分91或内环2。
图6所示的实施方式与上述实施方式的不同之处在于，第二内部部分92具有多个与内环2形成摩擦接触的弯曲部9h。
图7所示的实施方式与上述实施方式的不同之处在于，保持部11b***到预张紧元件9中。保持部11b与轴承轴线大致上平行并且有利的是由刚性材料制成，例如金属。有利的是，预张紧元件9绕保持部11b过模制。在该实施方式中，保持部11b具有第一轴向部分11c和从轴向部分11c的其中一个端部形成并且指向轴承内侧的第二径向部分11d。
有利的是，该径向部分11d部分延伸至第二部分92中并且可以防止第二部发92的任何轴向变形，从而保证与内环2的持续摩擦接触。
图8所示的实施方式与以上实施方式的不同之处在于，轴承装置1相对于延伸经过滚动元件4中心的径向轴线径向地对称。轴承装置1包括两个预张紧元件9、12，这两个预张紧元件相对于彼此对称并且分别在外壳6的径向部分6b、6c和轴承元件7、8之间被压缩。
在图8所示的实施方式中，预张紧元件9、12与图5所描述的具有相同类型。
在图8所示的实施方式中，轴承元件7、8是径向对称的并且是有波纹的金属环，所述轴承元件各包括作为轴承元件4的轴承轨道的凹环形部7a、7b。
图9描述了包括固定壳体14的旋转发动机13，其中发动机的所有机械和电子元件协同尤其是旋转轴、轴承、连杆、活塞、电子控制件等等，从而确保发动机的运转。旋转发动机13包括输出端15，该输出端通过例如图9所示实施方式中的槽形成在壳体14中，被促使与机械设备的其它元件协作的旋转元件经过该槽露出来。
从旋转发动机13露出的元件包括安装在旋转分布曲轴(rotating distributioncrankshaft)17上的分布滑轮(distribution pulley)16，旋转分布曲轴具有轴线X17并且确保外滑轮18的驱动。外滑轮18与安装在其***并且使其它旋转元件被驱动的皮带(未示出)协作。
旋转发动机13还包括根据本发明的并且根据上述任何一个实施方式的轴承装置1。
轴承装置1具有与轴线X17成一直线的旋转轴线X1。轴承装置1装配在由固定壳体14的输出端15的槽所形成的孔中并且围绕着所述分布曲轴17。
以传统方式的现有技术中，这种旋转发动机13不配备有输出轴承15而只配备有密封装置，该密封装置装配在由固定壳体14的输出端15的槽所形成的孔中并且与分布曲轴17形成滑动接触。在旋转发动机13的输出端15的这种轴承装置1的使用一方面使分布曲轴17的旋转在接近其端部(该端部顶上覆盖有外滑轮18)可以得到支撑，使最优化的密封功能通过安装在一个环上并且与另一个接触的至少一个预张紧元件9、12得到保证，并且使发动机经过分布曲轴17供应给外滑轮18的传送转矩受到控制。
以上实施方式和所设想变体的技术特征可以相互结合。

Claims (10)

1.一种轴承装置(1)，其包括内环(2)、外环(3)、两个轴承元件(7,8)和至少一个预张紧元件(9)，所述内环和外环各自设有用于滚动元件(4)的轴承轨道，所述滚动元件布置在所述内环和所述外环之间且与轴承轨道形成接触，两个环(2,3)的至少一个包括外壳(6)，所述外壳设有轴向部分(6a)和在其端部的两个径向部分(6b,6c)，所述轴承元件装配在外壳(6)之中并且各形成轴承轨道，所述预张紧元件由弹性材料制成并且布置在外壳(6)的其中一个径向部分(6c)和其中一个轴承元件(8)之间,
其特征在于：
预张紧元件(9)装配在外环(3)的外壳(6)中与内环(2)形成摩擦接触，用以在一个环相对于另一个旋转时施加抵抗转矩；
所述预张紧元件(9)由轴向保持部(11,11a,11c)保持；
所述轴向保持部(11,11c)是被***到所述预张紧元件(9)的材料中的元件。
2.根据前述权利要求所述的轴承装置，其特征在于所述预张紧元件(9)是环状的并且在自由状态时具有矩形横截面，而且具有与所述内环(2)形成摩擦接触的孔(9c)。
3.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于所述预张紧元件(9)是环状的并且在自由状态时具有严格大于第二部分(92)的轴向长度的轴向长度的第一部分(91)，所述第二部分从第一部分(91)延伸至所述轴承装置(1)的内侧并且具有与所述内环(2)摩擦接触的孔(9c)。
4.根据权利要求3所述的轴承装置，其特征在于所述预张紧元件(9)的所述第二部分(92)由朝向滚动元件(4)轴向偏置的所述第一部分(91)上的根部(9e)形成。
5.根据权利要求3或4所述的轴承装置，其特征在于所述预张紧元件(9)的第二部分(92)具有至少一个与所述内环(2)形成摩擦接触的弯曲部(9f,9h)。
6.根据权利要求3或4所述的轴承装置，其特征在于形成所述孔(9c)的所述预张紧元件(9)的内表面具有与所述内环(2)形成摩擦接触的凸起(9d)。
7.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于所述外壳(6)设有由径向部分(6c)的端部形成的轴向保持部(11a)，所述预张紧元件(9)被紧压在所述轴向保持部上并且所述轴向保持部在朝向滚动元件(4)的方向上轴向延伸。
8.根据权利要求7所述的轴承装置，其特征在于轴向保持部(11c)由径向保持部(11d)延伸，所述径向保持部由轴向保持部(11c)的端部形成而且在轴承装置(1)的内侧的方向上大致径向地延伸并且部分延伸至预张紧元件(9)的第二部分(92)。
9.一种用于机动车的转向柱包括壳体、轴以及布置在轴和壳体之间的根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置(1)。
10.一种旋转发动机(13)，该旋转发动机设有固定壳体(14)、在所述旋转发动机(13)的输出端(15)的分布曲轴(17)、由所述旋转发动机(13)通过分布曲轴(17)所驱动的外部滑轮(18)，以及根据前述权利要求1至8中任一项所述的并且径向布置在分布曲轴(17)和在旋转发动机(13)输出端(15)处的固定壳体(14)之间的轴承装置(1)。
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