CN202165458U - 滚动轴承装置和转向柱 - Google Patents

Abstract

一种滚动轴承装置，包括：外圈(11)、包括用于安装所述装置在轴上的孔(10a)的内圈(10)、以及定位在外圈和内圈之间的至少一排滚动元件(14)。孔(10a)包括削弱装置(23)，其局部地降低内圈关于径向应力的机械强度。削弱装置(23)在它们之间界定孔(10a)与轴接触的接触表面，其至少在圆周方向上延伸。外圈(11)包括壳体、定位在壳体中的两个附连滚道(12，13)，和压靠壳体和一个滚道(12)的弹性圈(16)。

Description

滚动轴承装置和转向柱

技术领域

本实用新型涉及滚动轴承领域，特别是用于汽车转向柱的滚动轴承。 

背景技术

转向柱通常设置有由两部分组成的(two-part)轴，所述部分的每个末端部分地一个嵌在另一个内部，以为了传递扭矩。一个轴部分支撑司机的方向盘并经由传递元件例如花键传递由司机施加的扭矩到用于使得车辆的轮转向的构件，该构件由另一轴部分支撑。 

文献WO2005/015039公开一种用于汽车转向柱轴的滚动轴承，包括外圈、内圈和多个设置在内圈和外圈之间的球体，在所述轴承中，内圈包括设置有V形截面的抓扣齿的孔，该齿的梢部在组装的时候挤压抵靠转向柱轴以为了刚性地固定轴承到其上。 

在文献JP-A-02182575中也公开一种转向柱，包括安装得以使得它能够经由两滚动轴承在支撑壳体内部旋转的轴。这些轴承之一是由可弹性变形的材料制成，以使得在出现事故的情形时司机胸部抵靠着车辆的方向盘的一部分冲击可以被吸收，如有必要的话。 

这种解决方案具有大的缺点：在猛烈的正面冲击情形下不能提供有效的吸收以及在这样的冲击中不能限制转向柱向着司机的运动，从而潜在地对司机的胸部造成显著的伤害。 

为了弥补这些缺点，转向柱通常设置有包括两个伸缩部分的轴以使得在出现事故的情形下轴的一个部分可以相对于另一个滑动，从而防止转向柱向着司机运动。 

为此，文献GB-A-2368894描述一种转向柱，包括设置有上下部分的轴，其中一个部分部分地嵌在另一个内部并且位于支撑壳体内部。上部包括在轴和支撑壳体之间的滚动轴承。下部包括管状的总体形状的定位在转向柱轴和普通轴承之间的滚动轴承。普通轴承安装为以使得它可以在支撑 壳体中滑动以在出现事故的情形下允许它在所述壳体内部的轴向运动和轴上下部分的相对移动。 

该转向柱具有必须使用专门设计来安装为以使得它能够在支撑壳体内部滑动的额外的轴承的缺点。这增加必须制造和组装的部件的数量，并增大转向柱组件的成本。 

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是克服这些缺点。 

更具体地，本实用新型宣布提供一种用于汽车转向柱的滚动轴承，其设计简单，易于制造和组装，并且在正面冲击的情形下能够防止所述柱向着司机移动。 

在一个实施例中，一种滚动轴承装置，包括：外圈、具有用于安装所述装置在轴上的孔的内圈以及定位在外圈和内圈之间的至少一排滚动元件。所述孔包括削弱装置，其局部地降低内圈关于径向应力的机械强度。削弱装置在它们之间界定孔与轴接触的接触表面，其至少在圆周方向上延伸。外圈包括壳体、定位在壳体中的两个附连滚道和压靠壳体和其中一个滚道的弹性圈。 

安装轴承在相关轴上，例如在转向柱的轴上，到目前为此变得更加容易，即使在该轴的外表面存在公差传递，局部地减少内圈的机械强度的削弱装置使得所述圈在安装在轴上时更加容易地径向变形，从而使得更加易于装配。 

由于内圈的径向变形的这种能力，可以提供比传统的情形下更大径向尺寸的滚动轴承内圈，同时保证在装配时在内圈和轴之间具有足够的干涉以防止在正常条件下的操作过程中这两个元件的任何相对运动。 

但是，因为滚动轴承的内圈和相关轴之间的干涉保持为相对较小，在车辆遇到正面冲击的情形下，该干涉不足以保持滚动轴承的以及转向柱轴的相对轴向定位。结果，轴的第一部分会相对于所述轴的第二部分滑动以使得防止转向柱向着司机运动。这然后防止转向柱向着司机的胸部运动。 

削弱装置有利地包括局部腔。在一个实施例中，削弱装置包括沟槽。沟槽优选地沿着孔轴向延伸，并可以在圆周方向上均一地间隔开。沟槽有 利地为一致的。 

有利地，腔的圆周尺寸的范围是在内圈的孔的圆周尺寸的1％和6％之间，优选地该范围是在2％和4％之间。 

在一个实施例中，腔的深度和内圈的厚度之间的比率的范围是在1％和10％之间，优选地该范围是在3％和7％之间。 

优选地，在孔接触轴的外表面的情形下的总接触表面和所述轴的外表面之间的比率是在40％和60％之间的范围。 

在一个实施例中，在孔接触轴的情形下每个接触表面的圆周尺寸至少等于腔的圆周尺寸。 

在一个实施例中，转向柱包括：由两个部分组成的轴，这两个部分通过它们的末端角向连接，其中一个配合在另一个内部；以及两个滚动轴承，每个安装在轴的部分之一上并包括外圈、具有用于相关轴部分通过的孔的内圈以及至少一排定位在外圈和内圈之间的滚动元件。至少一个内圈的孔包括局部地减小内圈关于径向应力的机械强度的削弱装置。削弱装置在它们之间界定其中孔接触轴的接触表面，该接触表面至少在圆周方向延伸。所述滚动轴承的外圈包括壳体、两个定位在壳体中的附连滚道和压靠壳体和其中一个滚道的弹性圈。 

本发明进一步涉及一种制造一种类型的滚动轴承的内圈的方法，该滚动轴承包括外圈、内圈和至少一排定位在该外圈和该内圈之间的滚动元件，其中，由杆或者坯件形成管，该管通过整形模具以形成包括削弱装置的孔，该削弱装置在径向应力方面局部地减小管的机械强度，所述削弱装置在它们之间界定至少在圆周方向延伸的表面，然后，该管被切割为期望长度以为了获得所述滚动轴承的内圈。 

附图说明

通过研读通过完全非限定性的例子给出并且在附图中示出的示例性实施例的详细描述，本实用新型将得以更好的理解，其中： 

图1是根据本实用新型的包括滚动轴承的转向柱的轴向截面的示意性视图； 

图2是图1的滚动轴承之一的轴向截面的半视图； 

图3是图1的III-III上的截面的视图；以及 

图4是图3的细节。 

具体实施方式

如可以在图1中看出的，转向柱，其总体上标记为1，包括设置有第一和第二内嵌共轴部分3、4的轴线2a的管状轴2、分别安装在第一和第二部分3、4上的两个滚动轴承5、6以及管状的转向柱壳体7，滚动轴承5、6安装在管状的转向柱壳体7中。壳体7的轴线7a与轴2的轴线2a重合。 

轴2的第一部分3沿着轴线2a轴向延伸，并且在下端包括轴向部分3a，滚动轴承5安装在轴向部分3a上。轴向部分3a从上端通过向内导向的截头圆锥部分3b延伸，截头圆锥部分3b自身通过轴向部分3c延伸。轴向部分3c的一部分安装在轴2的第二部分4的大直径的轴向部分4a内部。轴向部分4a从上端通过小直径的轴向部分4c经由截头圆锥部分4b延伸。滚动轴承6在这一情况下安装在轴向部分4a上。 

轴2的第一部分3和第二部分4通过转动驱动元件例如花键(未示出)彼此角向连接。这些花键可以沿着安装在轴向部分4a内部的轴向部分3c的一部分轴向延伸并与所述部分4a的相应形状的壳体配合，以能够将经由方向盘(未示出)通过司机施加的运动和扭矩传递到用于使得车辆的轮(未示出)转向的***。该***通过轴向部分3a支撑，方向盘的自身的部分通过轴向部分4c支撑。 

如在图2中更清楚地示出的，滚动轴承5，其轴线5a与轴线7a(图1)重合，包括直接安装在转向柱部分3上的内圈10、在壳体7内部受力的外圈11、呈金属线形式的两个附连滚道12和13、在该情形下为球体形式的一排滚动元件、用以保持滚动元件14的均一圆周间隔的保持架15和弹性圈16。 

内圈10包括由径向前表面10b和10c界定的圆柱形总体形状的孔10a，以及外部圆柱形表面10d，在该外部圆柱形表面10d中形成有环形的圆形通道10e，通道10e的横截面上具有下凹的内部轮廓，其能够形成用于滚动元件14的滚道，所述通道是向外导向的。通道10e向着径向表面10c关于内圈10的径向中间平面轴向偏置。 

如将在后面更加详细地描述的，滚动轴承5的内圈10用于允许它容易地配合到轴2的部分3上，并且在正面冲击的情形下允许该部分3在所述轴的部分4内部滑动以防止转向柱1向着司机运动。 

外圈11形成为环形形状的壳体形式，具有总体上U形的截面，包括轴向部分18，该轴向部分18在每个末端通过径向部分19、20延伸。径向部分19具有小于轴向部分18的以及径向部分20的厚度的厚度，并且具有小于径向部分20的长度的径向长度。换句话说，将径向部分19从外部圆柱形表面10d分开的空间大于将所述表面从径向部分20分开的空间。 

径向部分20从小直径边缘通过短的轴向部分21延伸，轴向部分21在滚动元件14的方向轴向延伸，同时保持远离那里。轴向部分21用于定心弹性圈16在滚动轴承5内部。 

附连滚道12和13是环形咬合圈的形式并定位在外圈11中，直接与其接触。附连滚道12和13由轧制金属丝形成，其末端在当咬合圈配合到外圈11中时抵触在一起。作为一种替代，还可以想到提供圆周连续的环带形式的附连滚道12、13，其在横截面上通过滚动轴承5的轴线5a，呈现半径大致等于滚动元件14的半径的弧形状的腔。滚道12安置为接触轴向部分18的孔18a并且经由弹性圈16接触径向部分20。滚道13安置为接触孔18a和径向壁19。滚动元件14定位在外圈11的滚道12和13与形成滚道的内圈10的通道10e之间。这然后产生三点接触的滚动轴承。 

保持架15包括轴向定位在与径向部分19相同的侧面上并且径向地定位于所述径向部分19的自由端和内圈10的圆柱形表面10d之间的环形部分15a。保持架15还包括罩住滚动元件14的单元15b以为了保持其均一的圆周间隔。 

弹性圈16为在圆周方向连续的花托(torus)形式的。圈16定位为接触径向部分20和滚道12。弹性圈16径向定位在轴向部分18和21之间，从而保持远离开那里一定距离。更具体地，圈16的径向表面16a接触径向部分20的内面，并且相对的径向表面16b接触滚道12。圈16的径向表面16b关于滚动元件14向外轴向偏置并且关于轴向部分18的孔18a向内径向偏置。换句话说，弹性圈16尺寸适合以使得保持与滚动元件14间隔开或者远离开滚动元件14一定距离。在所示实施例中，弹性圈16为方形截面 的花托的形式。作为一种替代，也可以想到，弹性圈具有不同轮廓例如圆形轮廓的横截面。 

在附连滚道12和弹性圈16之间的接触点上，弹性圈16施加永久的轴向预载荷在附连滚道12上。通过该轴向载荷，弹性圈16具有经由附连滚道12抵靠着附连的第二滚道13以及抵靠着内圈10的通道10e推动和预加载那排滚动元件14的趋势。因此，施加的载荷抵靠着通道10e和滚道13对滚动元件14施加预应力。因此，该载荷使得可以占据可能存在的任何内部轴向间隙。该轴向载荷还趋于向着外圈11的轴向部分18的孔18a经由滚动元件14推动附连滚道12。弹性圈16还使得可以消除可能存在于外圈11和滚道12之间的任何径向间隙。因此弹性圈16使得可以总是在滚动轴承5中保持预载荷。 

在它的孔10a处，内圈包括在圆周方向彼此均一间隔开的多个轴向沟槽23。沟槽23彼此一致并且沿着孔10a轴向延伸以使得它们紧邻径向表面10b和10c。作为一种替代，可以想到，沟槽23开口到这些表面上。 

如在图4中更加清楚地示出的，每个沟槽23在横截面上具有向着转向柱轴的部分3的轴向部分3a的外表面导向的呈一段圆弧形的下凹的内部轮廓。 

有利地，沟槽23的圆周尺寸，其通过箭头24示意性地示出，范围是在内圈10的孔10a的圆周尺寸的1％和6％之间，优选地，范围是在2％和4％之间。在由箭头25所示的沟槽23的深度和内圈10的厚度之间的比率范围有利地是在1％和10％之间，优选地范围是在3％和7％之间。 

例如，对于21.85毫米直径的内圈10，沟槽23的圆周尺寸可以等于2毫米，深度等于0.15毫米。对于这样的直径，可以提供范围在十四和十八之间，优选地等于十六的多个沟槽23。 

沟槽23在孔10a的圆周方向界定接触区域或者接触表面，其中内圈10接触轴向和圆周向延伸的轴2的部分3以及保持远离所述部分3一定距离的区域。其中内圈10接触转向柱轴的部分3的接触区域在圆周方向上均一间隔开。因此，在与转向柱轴的部分3的外表面直接接触的平面区域也就是没有突起的区域和保持与所述部分3间隔开的区域之间在孔10a上于圆周方向上具有均一的交替。接触区域或者接触表面的圆周尺寸至少等于 沟槽23的圆周尺寸。其中内圈10和转向柱轴的部分3接触的总接触表面是有限制的。有利地，其中孔10a接触部分3的外表面的总接触表面和所述外表面之间的比率范围是在40和60％之间。 

形成在内圈的孔10a上的沟槽23局部地形成削弱装置，该削弱装置减少所述圈在径向应力方面的机械强度，从而使得当滚动轴承5安装在转向柱的轴2上时更容易在径向变形。那样，可以补偿在转向柱轴2的部分3上的制造公差的任何传播以及任何的形状不规则性，例如成椭圆形、三角形化等。 

取决于内圈10的径向变形的该种能力，可以想到，比孔10a的通常的情况下更大的径向尺寸。这样，可以减少在内圈11和部分3之间实现的紧配合的大小。内圈10的孔10a的直径和部分3的外径上的干涉之间的比率可以有利地在0.02％和0.1％之间的范围。例如，孔10a的直径可以为21.85毫米，公差为+/-0.05，轴的直径可以为22毫米，公差为0/-0.084。 

然后这限制在足以保证滚动轴承5和轴2的部分3于正常操作状态中仍旧保持它们的相对轴向位置的状态下内圈在部分3上的紧度，同时允许这两个元件在车辆的正面冲击的情形下相对轴向运动以使得部分3可以在转向柱轴2的部分4内部滑动。 

而且，沟槽23还形成限制内圈11和部分3之间的扭矩传递的手段。具体地，当该扭矩变得异常高时，考虑到可以想到的由于沟槽23在内圈10和部分3之间的微量夹持，这两个元件相对于彼此在圆周方向滑动。 

通过沟槽23，由于可以设想到内圈10和部分3之间存在较松的配合，滚动轴承5可以容易地配合到转向柱轴2的部分3上以及从其上移除。例如，从轴2移除滚动轴承5所需的拉力是在1和3kN之间的范围。这然后减少组装和拆卸转向柱所涉及到的时间和成本。 

而且滚动轴承5使得在正面冲击的情形下部分3可以在转向柱轴2的部分4内部滑动，而不需要在内圈10上提供额外的部件，或者替代地在支撑壳体7上提供额外的部件。这然后就保持了有限数量的部件。 

在如图所示的实施例中，允许内圈10在径向方向的机械强度的局部削弱的装置形成为轴向沟槽23的形式。但是，应当认识到，为了在径向应力的影响下允许内圈10径向变形可以提供其它类型的腔。可以例如提供多个 凹腔或者凹陷盘形式的腔，其安置为在圆周方向彼此偏置的轴向排形式的。即，削弱装置包括腔23。 

但是，轴向沟槽形式的局部腔的设置对于制造内圈10是特别有利的，因为为了制造该圈，第一步是由杆或者坯件形成管，然后该管通过整形模具以形成包括沟槽23的孔10a。最后，该管被切割为期望长度以为了获得内圈10的期望的轴向尺寸。这样，不必想到研磨孔10a的任何操作，该操作通常是长时且昂贵的。 

再次参照图1，与滚动轴承5一致的滚动轴承6包括：直接安装在转向柱的部分4上的内圈30、推入到支撑壳体7中的外圈31、金属线形式的两个附连滚道32和33、在此形成为球体形式的一排滚动元件34、用于保持滚动元件34的均一的圆周间隔的保持架35以及弹性圈36。滚动轴承6的内圈30包括与形成在轴承5的内圈的孔10a中的沟槽一致的沟槽。 

但是，作为一种替代，为了防止转向柱1向着司机运动，可以使用在内圈10的孔上没有这样沟槽的滚动轴承6，只要在正面冲击的情形下滚动轴承5已经可以允许部分3在转向柱轴的部分4的内部中滑动。 

Claims (12)

1.一种滚动轴承装置，包括：外圈(11)、包括用于安装该装置在轴上的孔(10a)的内圈(10)以及至少一排定位在所述内圈和所述外圈之间的滚动元件(14)，其特征在于，所述孔(10a)包括削弱装置(23)，该削弱装置局部地减小所述内圈关于径向应力的机械强度，所述削弱装置在它们之间界定所述孔(10a)接触所述轴的接触表面，该接触表面至少在圆周方向延伸，并且所述外圈(11)包括壳体、定位在所述壳体中的两个附连滚道(12，13)以及压靠所述壳体和其中一个所述滚道(12)的弹性圈(16)。

2.如权利要求1所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述削弱装置包括腔(23)。

3.如权利要求1或2所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述削弱装置包括沟槽(23)。

4.如权利要求3所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述沟槽(23)沿着所述孔(10a)轴向延伸。

5.如权利要求4所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述沟槽(23)在所述圆周方向均匀地间隔开。

6.如权利要求2所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述腔(23)的圆周尺寸是在所述孔(10a)的圆周尺寸的1％和6％之间的范围。

7.如权利要求6所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述腔(23)的圆周尺寸是在所述孔(10a)的圆周尺寸的2％和4％之间的范围。

8.如权利要求2所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述腔(23)的深度和所述内圈(10)的厚度之间的比率是在1％和10％之间的范围。

9.如权利要求8所述的滚动轴承装置，其特征在于，所述腔(23)的深度和所述内圈(10)的厚度之间的比率是在3％和7％之间的范围。

10.如权利要求2所述的滚动轴承装置，其特征在于，在所述孔(10a)接触所述轴的情形下每个接触表面的圆周尺寸至少等于所述腔(23)的圆周尺寸。

11.如权利要求1或2所述的滚动轴承装置，其特征在于，在所述孔(10a)接触所述轴的外表面的情形下总接触表面和所述外表面之间的比率是 在40％和60％之间的范围。

12.一种转向柱，其特征在于包括：由两个部分组成的轴，该两个部分(3，4)通过它们的末端角向连接，一个部分配合在另一个部分内部；以及两个滚动轴承(5，6)，每个安装在所述轴的所述部分之一上并包括外圈(11，31)、包括用于相关部分(3，4)通过的孔的内圈(10，30)以及至少一排定位在所述外圈和所述内圈之间的滚动元件(14，34)，其特征在于，所述内圈(10)的至少一个的所述孔(10a)包括削弱装置(23)，该削弱装置局部地减小所述圈关于径向应力的机械强度，所述削弱装置在它们之间界定其中所述孔(10a)接触所述轴的接触表面，该接触表面至少在圆周方向延伸，并且，所述滚动轴承的外圈(11)包括壳体、两个定位在所述壳体中的附连滚道(12，13)和压靠所述壳体和其中一个所述滚道(12)的弹性圈(16)。 

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