具有轉向軸承的轉向柱及轉向柱的轉向軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種轉向柱（1），至少具有套管（2）、轉向主軸（3）及至少一個用于使該轉向主軸（3）可轉動地支承在該套管（2）中的轉向軸承（4，5），該轉向軸承（4，5）至少具有配合在所述套管（2）中的外圈（6）、內圈（7）及設置在所述外圈（6）與所述內圈（7）的滾道區(qū)段（7a）之間的滾動體（8），其中所述內圈（7）僅在兩個位置（11，12）上緊貼在所述轉向主軸（3）上，并為此具有在軸向上連接在所述滾道區(qū)段（7a）上的第一區(qū)段（7b），該第一區(qū)段在預載荷下在第一位置（11）上緊貼在所述轉向主軸（3）上，及具有第二區(qū)段（7c），該第二區(qū)段與第一區(qū)段（7b）在軸向上間隔開，該第二區(qū)段在軸向上與滾道區(qū)段（7a）連接及具有所述內圈（7）的在第二位置（12）上與所述轉向主軸（3）配合作用的第一端部（15）。
【專利說明】具有轉向軸承的轉向柱及轉向柱的轉向軸承
[0001]本發(fā)明的領域
[0002]本發(fā)明涉及至少具有一個套管，一個轉向主軸及至少一個用于使轉向主軸可轉動地支承在套管中的轉向軸承的轉向柱，轉向軸承至少具有一個配合在套管中的外圈，一個內圈及設置在外圈與內圈的一個滾道區(qū)段之間的滾動體，其中內圈僅在兩個位置上緊貼在轉向主軸上，并為此具有一個在軸向上連接于滾道區(qū)段上的第一區(qū)段，該第一區(qū)段在第一位置上在預載荷下緊貼在轉向主軸上，及具有一個第二區(qū)段，該第二區(qū)段與第一區(qū)段隔開，它在軸向上與滾道區(qū)段連接及具有在第二位置上與轉向主軸配合作用的內圈的第一端部。本發(fā)明還涉及用于這種轉向柱的轉向軸承。
[0003]本發(fā)明的背景
[0004]轉向軸承以不同的實施方式被使用。常常是至少在轉向柱的上部分中借助兩個相互靠近放置的及預載荷的角接觸球軸承來支承。這些角接觸球軸承具有由金屬板作的軸承圈，并被冷成型。
[0005]外圈通常被直接地壓配合在轉向管中。在轉向管公差大的情況下外圈也可借助一個公差圈配合在轉向管中。在這兩種情況下通常外圈的轉向位置通過軸向止擋來固定。通常這些軸向止擋各由轉向管端部來構成。
[0006]相應的轉向軸承支承在轉向主軸表面上的位置通過轉向主軸相對套管的位置及其允許的偏差預給定。但這些位置也可受到轉向主軸、套管及轉向軸承的形狀與尺寸公差的影響，在角接觸球軸承的情況下也受到組裝時其彈性地內彈的影響。
[0007]轉向柱的第一轉向軸承的內圈軸向地固定軸轉向主軸上。在軸向上對立布置的第二轉向軸承的內圈借助一個或多個作用在一卡圈上的彈簧部件的彈簧力對第二轉向軸承的滾珠預載荷。因此該內圈借助卡圈徑向地相對轉向主軸的中心軸線定中及固定在轉向主軸上。在此情況下卡圈用其一個邊緣在徑向上楔入到內圈與轉向主軸表面之間。彈簧部件的預載荷借助一個固定元件來保持，該固定元件通常為一個齒圈。該齒圈抓入轉向主軸的表面。
[0008]為了能成本上有利地制造，轉向主軸具有相對大的圓柱形外輪廓的形狀偏差及尺寸公差。當裝配在轉向主軸的情況下在與內圈配合作用方面完全可得到相對標稱尺寸達到2/10_或更大的尺寸偏差。因此卡圈具有一個公差圈的補償公差的功能。在轉向主軸的軸承座上內圈的直徑基于公差如此地大，以致即使在不利的公差狀況下內圈及卡圈也不會直接地接觸在內圈的軸座上。內圈在軸座處通過卡圈支撐在轉向主軸上。.[0009]EP0941414B1展示了以上所述的結構。其中所述的轉向柱具有一個帶有由塑料作的卡圈的角接觸球軸承，一個被構成波紋彈簧的彈簧部件及一個被構成齒圈的保險圈。
[0010]這種結構已再三被證實是可靠的。但組成轉向柱的多個部件在庫存，后勤供應及組裝方面起到不利影響。因此在過去作出過嘗試，以使多個部件減少到最少。
[0011]DE10027513A1展示了具有一個角接觸球軸承的這種結構，該軸承的內圈與固定元件構成一體。固定元件按照一個齒圈的方式設有多個分布在圓周上的突起，這些突起各具有一個大都銳利的邊緣。在角接觸球軸承未組裝的狀態(tài)中這些邊緣限定了一個用一圓線描繪的中心孔，在考慮到所有公差的情況下該中心孔的直徑略小于轉向主軸的最小外徑并與其交疊。在將內圈壓配合在轉向主軸上時由于該交疊這些突起用其邊緣抓入轉向主軸的表面并使保持在其位置上。在此情況下可彈性退讓的突起往回彈。該看似很好的方案在一定情況下可對軸承結構的剛度產生不利影響。在轉向柱通過方向盤受到負荷時內圈可過強地彈回并由此使轉向主軸過于傾斜，或是使轉向柱的振動特性受到不利影響。
[0012]因此在DE102009051107B3中所述的這種類型的結構中除上述的固定元件外還設置了內圈在轉向主軸上的一個壓配合位置。在DE102009051107B3中所述結構中的內圈在一端具有按照一個齒圈類型的固定元件及在另一端具有一個軸承座。通過雙重支撐使該結構更剛強。用于滾動體的滾道區(qū)段在軸向上構成在固定元件與軸承座之間。在角接觸球軸承組裝時內圈用其軸承座壓配合在轉向主軸上，其中固定元件的突起用其邊緣抓入轉向主軸的表面。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的任務在于，給出一個具有可靠工作的及可簡單制造的轉向軸承的轉向柱。
[0014]該任務將借助本發(fā)明的根據(jù)權利要求1的方案來解決。
[0015]該轉向柱至少設有一個套管、一個轉向主軸及至少一個或兩個根據(jù)本發(fā)明的轉向軸承。轉向主軸借助兩個轉向軸承支承在套管中。各個轉向軸承具有一個尤其固定在套管中的外圈、一個內圈及設置在外圈的一個滾道區(qū)段與內圈的一個滾道區(qū)段之間的滾動體。滾動體優(yōu)選地為在一個滾珠保持架中保持和/或被導向的滾珠。滾道區(qū)段例如設有內或外滾珠滾道。
[0016]這個或這些轉向軸承為角接觸球軸承。對于角接觸球軸承專業(yè)人員理解為這樣的軸承，其中通過滾珠與內圈上的內滾珠滾道及與外圈上的外滾珠滾道的滾動接觸部及通過滾珠中心延伸的接觸線相對一個徑向平面以一個接觸角傾斜。在此，這些滾珠中心位于該徑向平面中的一個圓周軌上。該接觸角α為90° >α>0°，最好在60°≥α≥30°的范圍內。
[0017]內圈僅在兩個位置上、且在每個位置上各用一個區(qū)段地緊貼在轉向主軸上。內圈的其它區(qū)段在徑向上不支撐在轉向主軸上。滾道區(qū)段及與其連接的、可能的過渡區(qū)段或連接區(qū)段部分地在軸向上及徑向上限定了一個空心環(huán)形室，該環(huán)形室在徑向外部及軸向兩側上由內圈包圍及在徑向內部由轉向主軸包圍。內圈具有一個在軸向上在一側與滾道區(qū)段連接的第一區(qū)段，該角接觸球軸承在兩個位置中的第一位置上用該第一區(qū)段支撐在轉向主軸上。該第一區(qū)段最好空心圓柱形地被構成。變換地第一區(qū)段也可具有任意的不同地構成的橫截面，例如構成四角形，并且與此相關地在其幾何形狀上與轉向主軸的一個相應的橫截面相一致。為了在轉向主軸上的壓配合，該第一區(qū)段套筒形地構成，以致使該第一區(qū)段在預載荷下緊貼在轉向主軸的一個位置上。內圈借助第一區(qū)段的壓配合軸向及徑向地固定在轉向主軸上。
[0018]在兩個位置中的第二位置上，內圈通過一個第二區(qū)段與轉向主軸形成接觸。第二區(qū)段在軸向上相對第一區(qū)段間隔開并在軸向上在另一側上連接在滾道區(qū)段上。第二區(qū)段例如通過在轉向主軸與內圈之間的滑動配合形成或如在第一位置處那樣通過壓配合形成。但最好第二區(qū)段具有一個齒圈類型的固定元件，該齒圈在圓周上具有相互相鄰的突起或齒。這些突起或齒在圓周上通過延伸到內圈的第一端部中的軸向槽相互隔開。內圈在一側終止在該第一端部上。每個突起或齒具有至少一個邊緣，該邊緣至少部分地抓入轉向主軸的表面。內圈借助第二區(qū)段軸向地固定在轉向主軸上。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，內圈的一個與第一區(qū)段構成一體的第三區(qū)段在軸向上連接在第一區(qū)段上。當內圈在上述兩個位置上配合在轉向主軸上時，該第三區(qū)段在徑向上與轉向主軸無接觸。第一區(qū)段在軸向上延伸在滾道區(qū)段與第三區(qū)段之間。第三區(qū)段過渡到一個限定內圈的并與轉向主軸無接觸的內圈的第二端部。內圈在背離第一端部的一側上終止在第二端部上。當內圈配合在轉向主軸上時，第三區(qū)段及第二端部圓周定向地相對轉向主軸的表面具有徑向距離地圍繞轉向主軸的中心軸線延伸。
[0020]如開始部分所述，內圈借助第一區(qū)段通過壓配合裝配在軸上。如上所述，轉向主軸具有圓柱形輪廓的相對大的形狀偏差及尺寸公差。因此第一區(qū)段的壓配合難以實現(xiàn)。在不利的公差狀態(tài)下，即當內圈(軸)與第一區(qū)段之間交疊大時在第一區(qū)段中由壓配合產生的應力非常高。在迄今公知的現(xiàn)有技術的結構中第一區(qū)段直接且突然地終止在第二端部處，因此由于通過壓配合引起的第三(第一)區(qū)段的材料中的應力使第二端部有裂開的危險。
[0021]而根據(jù)本發(fā)明在處于應力下的第一區(qū)段上連接了一個第三區(qū)段，該第三區(qū)段不處于應力下，因為它對轉向主軸無接觸。由壓配合在第一區(qū)段中產生的應力首先通過第一區(qū)段延伸到第三區(qū)段中，因為第一區(qū)段與第三區(qū)段單一材料地相互構成一體。應力在第三區(qū)段中“消失”，這就是說在這里下降到可承受的正常數(shù)量級，由此第三區(qū)段可被稱為去負荷區(qū)段。如在“本發(fā)明的背景”一節(jié)中所述的現(xiàn)有技術的內圈中的應力峰值可得以避免，因為內圈不再突然地終止在第一區(qū)段上，而是過渡到一個去負荷區(qū)段。因此消除了開裂的危險。伴隨該措施地可選擇較有延性的材料來制造內圈或滲碳硬化的內圈的較小表面硬度、例如具有至多500HV而非680-700HV的表面硬度。
[0022]滾道區(qū)段與第一區(qū)段，及滾道區(qū)段與第二區(qū)段或是直接地相互過渡或通過中間區(qū)段相互連接。內圈由各個區(qū)段、即第一區(qū)段，第二區(qū)段及第三區(qū)段通過對接或形狀鎖合組成，但變換地且優(yōu)選地由各個區(qū)段單一材料地構成一體。
[0023]內圈及外圈最好為由金屬板或帶材、例如材料C45作的成型部件，并至少在表面上具有470+100HV的硬度。為了通過冷變形、如拉伸來制造根據(jù)本發(fā)明構型的加長的內圈，總地將不損耗比根據(jù)迄今現(xiàn)有技術所公知的內圈拉伸時更多的或不太多的毛坯，因為大部分的區(qū)段可通過由原始厚度的材料逐漸延展到較小的厚度來制造。
[0024]為了減小應力第三區(qū)段必需具有一個足夠的軸向延伸距離。因此本發(fā)明的一個構型在于:第三區(qū)段在軸向上至少與第一區(qū)段的軸向寬度一樣地寬。
[0025]本發(fā)明的其它構型涉及轉向軸承內圈的幾何構型或比例關系。
[0026]本發(fā)明的另一構型在于:第三區(qū)段向著第二端部喇叭形地擴大，其中第三區(qū)段的內部尺寸向著第二端部加大。該擴大部分作為定中孔可用作將內圈套在轉向主軸上時的導入斜坡。
[0027]還規(guī)定:第三區(qū)段的最小徑向內部尺寸大于第一區(qū)段的最大徑向內部尺寸。因此可靠地避免了第三區(qū)段與轉向主軸的接觸。
[0028]此外還規(guī)定，至少在第三區(qū)段軸向上連接在第一區(qū)段上的地方第一區(qū)段的徑向外部尺寸大于第三區(qū)段的徑向外部尺寸。因此在徑向上第一區(qū)段的壁厚比第三區(qū)段的壁厚要厚些。這對形成一個可靠的壓配合是有利的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1縱向剖切地以中心軸線3a上方的半截面并簡化描繪地表示轉向柱I。圖2放大地且不按比例描繪地表示圖1中的細節(jié)Z。
[0030]圖1及2:轉向柱I設有一個套管2、一個轉向主軸3及兩個根據(jù)本發(fā)明的轉向軸承4及5。轉向主軸3借助轉向軸承4及5支承在套管2中。每個轉向軸承4或5具有一個固定在套管中的外圈6、一個內圈7及設置在外圈6的滾道區(qū)段6a與內圈7的滾道區(qū)段7a之間的形式為滾珠8，的滾動體8。滾珠8，在圍繞轉向主軸3的中心軸線3a的圓周上均勻地分布并在一個滾珠保持架9中被保持及被導向。滾道區(qū)段6a及7a基本上由滾珠滾道6a’及7a’構成。
[0031]圖1:轉向軸承4及5為角接觸球軸承4’與5’。經過滾珠8’與內圈7上的內滾珠滾道7a’的滾動接觸部8a及經過與外圈6上的外滾珠滾道6a’的滾動接觸部Sb以及經過各個滾珠中心8c延伸的接觸線10相對徑向平面E傾斜一個接觸角α，其中，α =45°。
[0032]內圈7僅在兩個位置11及12上緊貼在轉向主軸3上。內圈7的其它部分尤其滾道區(qū)段7a在徑向上不支撐在轉向主軸3上，而是限定一個空心的環(huán)形室13，該環(huán)形室在徑向外側及軸向兩側上由內圈7限定及徑向內側由轉向主軸3限定。
[0033]內圈7具有一個在軸向一側上連接到滾道區(qū)段7a上并與該滾道區(qū)段單一材料地構成的第一區(qū)段7b，各個角接觸球軸承4’或5’用該第一區(qū)段在兩個位置11與12中的第一位置11上支撐在轉向主軸3上。第一區(qū)段7b被構成空心圓柱的并為了壓配合在轉向主軸3上而套筒形地構成，以致該區(qū)段在預載荷下在位置11上緊貼在轉向主軸3上。
`[0034]內圈7在第二位置12上通過一個與滾道區(qū)段7a單一材料地構成的第二區(qū)段7c與轉向主軸3形成接觸。第二區(qū)段7c在軸向上相對第一區(qū)段7b間隔開并在軸向另一側上與滾道區(qū)段7a連接。
[0035]第二區(qū)段7c具有一個根據(jù)一個在圓周上帶有彼此相鄰的突起14的齒圈類型的固定元件17。這些突起14在圓周上通過延伸到第一端部15中的軸向槽15a相互隔開。每個突起14具有一個邊緣14a，該邊緣被設置來在位置12處至少部分地抓入轉向主軸3的表面。
[0036]圖1及2:根據(jù)本發(fā)明，內圈7的與第一區(qū)段7b構成一體的第三區(qū)段7d在軸向上連接在第一區(qū)段7b上。該第三區(qū)段7d在徑向上與轉向主軸3無接觸及在軸向上過渡到內圈7的一個限定內圈7的并與轉向主軸3無接觸的第二端部16中。
[0037]圖2:第三區(qū)段7d及第二端部16圓周定向地圍繞中心軸線3a相對轉向主軸3的半徑或相對第一區(qū)段7b的內半徑R以在軸向上無限多的并排分布的徑向距離S，S’，S”，S，”…延伸。
[0038]第三區(qū)段7d向著第二端部喇叭形地擴大，以致該第三區(qū)段得到一個空心圓錐形的構型。第三區(qū)段7d的內部尺寸r’，r”，…向著第二端部16變大。該擴大部分作為中心孔在將內圈套到轉向主軸上時可被用作導入斜坡。第三區(qū)段7d的最小徑向內部尺寸大于第一區(qū)段7b的最大內徑R。[0039]此外提出，第一區(qū)段7b的徑向外部尺寸Ra大于第三區(qū)段7d的外部尺寸，確切地說是在第三區(qū)段7d軸向上連接在第一區(qū)段7b的地方。因此在徑向上第一區(qū)段7b的壁厚比第三區(qū)段7d的壁厚b，b’…厚。
[0040]第三區(qū) 段7d的軸向寬度A3大于第一區(qū)段7b的寬度A1。
【權利要求】
1.轉向柱(1)，至少具有套管(2)、轉向主軸(3)及至少一個用于使該轉向主軸(3)可轉動地支承在該套管(2)中的轉向軸承(4，5)，該轉向軸承(4，5)至少具有配合在所述套管(2)中的外圈(6)、內圈(7)及設置在所述外圈(6)與所述內圈(7)的滾道區(qū)段(7a)之間的滾動體(8)，其中所述內圈(7)僅在兩個位置(11，12)上緊貼在所述轉向主軸(3)上，并為此具有在軸向上連接在所述滾道區(qū)段(7a)上的第一區(qū)段(7b)，該第一區(qū)段在預載荷下在第一位置(11)上緊貼在所述轉向主軸(3)上，及具有第二區(qū)段(7c)，該第二區(qū)段與所述第一區(qū)段(7b)在軸向上間隔開，該第二區(qū)段在軸向上與所述滾道區(qū)段(7a)連接及具有所述內圈(7)的在第二位置(12)上與所述轉向主軸(3)配合作用的第一端部(15)，其特征在于:與所述第一區(qū)段(7b)構成一體的第三區(qū)段(7d)徑向上相對所述轉向主軸(3)無接觸地在軸向上這樣連接在所述第一區(qū)段(7b)上，以致所述第一區(qū)段(7b)軸向上延伸在所述滾道區(qū)段(7a)與第三區(qū)段(7d)之間，所述第三區(qū)段(7d)過渡到所述內圈的與所述轉向主軸(3)無接觸的第二端部(16)中。
2.根據(jù)權利要求1的轉向柱，其特征在于:所述第三區(qū)段(7d)在軸向上與所述第一區(qū)段(7b)的軸向寬度至少一樣地寬。
3.根據(jù)權利要求1的轉向柱，其特征在于:所述第三區(qū)段(7d)向著所述第二端部(16)喇叭形地擴大。
4.根據(jù)權利要求1的轉向柱，其特征在于:所述內圈(7)在所述第一端部(15)上具有至少一個邊緣(14a)，該邊緣在所述第二位置(12)上與轉向主軸(3)的表面配合作用。
5.根據(jù)權利要求4的轉向柱，其特征在于:至少兩個邊緣(14a)在所述第二位置(12)上與轉向主軸(3)的表面配合作用，其中，每個邊緣(14a)各構成在與所述內圈(7)構成一體的齒形突起(14)上，及其中所述至少兩個突起(14)通過構成在第一端部(15)上的槽(15a)在圓周上相互隔開。
6.用于根據(jù)權利要求1的轉向柱的轉向軸承，其特征在于:所述第三區(qū)段(7d)的最小徑向內部尺寸大于所述第一區(qū)段(7b)的最大徑向內部尺寸。
7.根據(jù)權利要求1或6的轉向軸承，其特征在于:至少在所述第三區(qū)段(7d)軸向上連接在所述第一區(qū)段(7b)上的地方，所述第一區(qū)段(7b)的徑向外部尺寸大于所述第三區(qū)段(7d)的徑向外部尺寸。
8.根據(jù)權利要求1或6的轉向軸承，其特征在于:至少在所述第三區(qū)段(7d)軸向上連接在所述第一區(qū)段(7b)上的地方，旋轉對稱地構造的所述第三區(qū)段(7d)的徑向壁厚小于旋轉對稱地構造的所述第一區(qū)段(7b)的徑向壁厚。
【文檔編號】B62D1/16GK103781693SQ201180072419
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年8月1日 優(yōu)先權日:2011年8月1日
【發(fā)明者】H·埃哈特 申請人:舍弗勒技術有限兩合公司