CN112762099A

CN112762099A - 模块化迷宫式轴承组件

Info

Publication number: CN112762099A
Application number: CN202011133749.5A
Authority: CN
Inventors: T·E·艾伦
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: CN112762099B; US10781852B1; DE102020125426A1

Abstract

轴承组件包括具有第一环状本体的第一座圈构件，第一环状本体具有第一内直径和第一外直径。第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起。第二座圈构件具有第二环状本体，第二环状本体具有第二内直径和第二外直径。第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起。第一附接特征联接到第二附接特征，使得第一突起从第二突起轴向间隔开，在第一突起和第二突起之间限定通道。通道相对于第一座圈构件和第二座圈构件的中心轴线倾斜地延伸。环构件具有设置在通道中的环状截头锥形本体，环状截头锥形本体相对于中心轴线倾斜地延伸。

Description

模块化迷宫式轴承组件

技术领域

本公开总体上涉及用于支撑可旋转轴的轴承组件。

背景技术

用于机动车或其它可转向车辆的转向柱组件可包括由一个或多个转向柱轴承组件支撑的可旋转转向轴。典型的转向柱轴承组件包括内部座圈、外部座圈和设置在内部座圈和外部座圈之间的球轴承，以允许座圈的相对旋转。这种轴承组件可从转向柱组件产生不希望的噪音。

发明内容

根据本公开的轴承组件包括第一座圈构件、第二座圈构件和环构件。所述第一座圈构件具有第一环状本体，所述第一环状本体具有第一内直径和第一外直径。所述第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起。所述第二座圈构件具有第二环状本体，所述第二环状本体具有第二内直径和第二外直径。所述第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起。第一附接特征联接到第二附接特征，使得第一突起从第二突起轴向间隔开，在第一突起和第二突起之间限定通道。所述通道相对于第一座圈构件和第二座圈构件的中心轴线倾斜地延伸。所述环构件具有设置在所述通道中的环状截头锥形本体，所述环状截头锥形本体相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

在示例性实施例中，所述第二座圈构件还包括第三附接特征。在这种实施例中，所述组件还包括第三座圈构件，所述第三座圈构件具有第三环状本体，所述第三环状本体具有第三内直径和第三外直径。所述第三座圈构件具有第四附接特征和在第四附接特征内侧延伸的第三突起。第四附接特征联接到第三附接特征，使得第三突起从第二突起轴向间隔开，在第三突起和第二突起之间限定第二通道。所述第二通道相对于所述中心轴线倾斜地延伸。所述组件还包括设置在所述第二通道中的第二环状截头锥形环构件。所述第二环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

在示例性实施例中，所述组件还包括可旋转轴，环构件围绕所述可旋转轴设置且具有与可旋转轴的接口。在这种实施例中，环构件可具有与第一突起的第二接口和与第二突起的第三接口。

在示例性实施例中，环构件包括聚四氟乙烯或聚酯。

在示例性实施例中，第一附接特征包括第一弹性可互锁凸耳，第二附接特征包括第二弹性可互锁凸耳。

在示例性实施例中，第一座圈构件和第二座圈构件具有相同的橫截面轮廓。

根据本公开的组装的方法包括：提供可旋转轴；以及在第一轴向位置处围绕轴设置第一环状座圈构件。第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起。该方法还包括在第一突起附近围绕轴设置环状环构件。该方法还包括在第二轴向位置处围绕轴设置第二环状座圈构件。第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起。该方法还包括将第一附接特征联接到第二附接特征，以将第一座圈构件固定到第二座圈构件，环构件位于第一座圈构件和第二座圈构件之间。第一突起和第二突起在它们之间共同限定通道，环构件设置在所述通道中。

在示例性实施例中，第二环状座圈构件具有第三附接特征。在这种实施例中，该方法还包括在第二突起附近围绕轴设置第二环状环。该方法还包括在第三轴向位置处围绕轴设置第三环状座圈构件。第三座圈构件具有第四附接特征和在第三附接特征内侧延伸的第三突起。该方法还包括将第三附接特征联接到第四附接特征，以将第二座圈构件固定到第三座圈构件，第二环构件位于第二座圈构件和第三座圈构件之间。第二突起和第三突起在它们之间共同限定第二通道，第二环构件设置在第二通道中。

在示例性实施例中，环构件具有与旋转轴的第一接口、与第一突起的第二接口以及与第二突起的第三接口。

在示例性实施例中，环构件包括聚四氟乙烯或聚酯。

在示例性实施例中，第一附接特征包括第一弹性可互锁凸耳，第二附接特征包括第二弹性可互锁凸耳。将第一附接特征联接到第二附接特征包括互锁第一弹性凸耳和第二弹性凸耳。

根据本公开的机动车辆包括旋转轴、第一座圈构件、第二座圈构件和环构件。第一座圈构件具有围绕旋转轴设置的第一环状本体。第一座圈构件具有第一内直径和第一外直径。第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起。第二座圈构件具有围绕旋转轴设置的第二环状本体。第二座圈构件具有第二内直径和第二外直径。第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起。所述第一附接特征联接到所述第二附接特征，使得所述第一突起从所述第二突起轴向间隔开，在所述第一突起和所述第二突起之间限定通道。通道相对于第一座圈构件和第二座圈构件的中心轴线倾斜地延伸。环构件具有环状截头锥形轮廓。环构件围绕旋转轴设置并且位于通道中。环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

在示例性实施例中，第二座圈构件还包括第三附接特征。在这种实施例中，所述组件还包括第三座圈构件，该第三座圈构件具有第三环状本体，该第三环状本体具有第三内直径和第三外直径。第三座圈构件具有第四附接特征和在第四附接特征内侧延伸的第三突起。第四附接特征联接到第三附接特征，使得第三突起从第二突起轴向间隔开，在第三突起和第二突起之间限定第二通道。第二通道相对于所述中心轴线倾斜地延伸。第二环状截头锥形环构件设置在第二通道中，并且相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

在示例性实施例中，可旋转轴包括从方向盘延伸到转向齿条的转向轴。

在示例性实施例中，环构件具有与可旋转轴的第一接口、与第一突起的第二接口以及与第二突起的第三接口。

方案1. 一种轴承组件，包括：

第一座圈构件，所述第一座圈构件具有第一环状本体，所述第一环状本体具有第一内直径和第一外直径，所述第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起；

第二座圈构件，所述第二座圈构件具有第二环状本体，所述第二环状本体具有第二内直径和第二外直径，所述第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起，第一附接特征联接到第二附接特征，使得第一突起从第二突起轴向间隔开，在第一突起和第二突起之间限定通道，所述通道相对于第一座圈构件和第二座圈构件的中心轴线倾斜地延伸；和

设置在所述通道中的环状截头锥形环构件，所述环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

方案2. 根据方案1所述的轴承组件，其中，所述第二座圈构件还包括第三附接特征，所述组件还包括：

第三座圈构件，所述第三座圈构件具有第三环状本体，所述第三环状本体具有第三内直径和第三外直径，所述第三座圈构件具有第四附接特征和在第四附接特征内侧延伸的第三突起，第四附接特征联接到第三附接特征，使得第三突起从第二突起轴向间隔开，在第三突起和第二突起之间限定第二通道，所述第二通道相对于所述中心轴线倾斜地延伸；以及

设置在所述第二通道中的第二环状截头锥形环构件，所述第二环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

方案3. 根据方案1所述的轴承组件，还包括可旋转轴，环构件围绕所述可旋转轴设置且具有与可旋转轴的接口。

方案4. 根据方案3所述的轴承组件，其中，环构件可具有与第一突起的第二接口和与第二突起的第三接口。

方案5. 根据方案1所述的轴承组件，其中，环构件包括聚四氟乙烯或聚酯。

方案6. 根据方案1所述的轴承组件，其中，第一附接特征包括第一弹性可互锁凸耳，第二附接特征包括第二弹性可互锁凸耳。

方案7. 根据方案1所述的轴承组件，其中，第一座圈构件和第二座圈构件具有相同的橫截面轮廓。

方案8. 一种组装的方法，包括：

提供可旋转轴；

在第一轴向位置处围绕轴设置第一环状座圈构件，第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起；

在第一突起附近围绕轴设置环状环构件；

在第二轴向位置处围绕轴设置第二环状座圈构件，第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起；以及

将第一附接特征联接到第二附接特征，以将第一座圈构件固定到第二座圈构件，环构件位于第一座圈构件和第二座圈构件之间，其中，第一突起和第二突起在它们之间共同限定通道，环构件设置在所述通道中。

方案9. 根据方案8所述的方法，其中，第二环状座圈构件具有第三附接特征，该方法还包括：

在第二突起附近围绕轴设置第二环状环构件；

在第三轴向位置处围绕轴设置第三环状座圈构件，第三座圈构件具有第四附接特征和在第三附接特征内侧延伸的第三突起；以及

将第三附接特征联接到第四附接特征，以将第二座圈构件固定到第三座圈构件，第二环构件位于第二座圈构件和第三座圈构件之间，其中，第二突起和第三突起在它们之间共同限定第二通道，第二环构件设置在第二通道中。

方案10. 根据方案8所述的方法，其中，环构件具有与旋转轴的第一接口、与第一突起的第二接口以及与第二突起的第三接口。

方案11. 根据方案8所述的方法，其中，环构件包括聚四氟乙烯或聚酯。

方案12. 根据方案8所述的方法，其中，第一附接特征包括第一弹性可互锁凸耳，第二附接特征包括第二弹性可互锁凸耳，且其中，将第一附接特征联接到第二附接特征包括互锁第一弹性凸耳和第二弹性凸耳。

方案13. 根据方案8所述的方法，其中，第一座圈构件和第二座圈构件具有相同的橫截面轮廓。

方案14. 一种机动车辆，包括：

旋转轴；

第一座圈构件，第一座圈构件具有围绕旋转轴设置的第一环状本体，第一座圈构件具有第一内直径和第一外直径，第一座圈构件具有第一附接特征和在第一附接特征内侧延伸的第一突起；

第二座圈构件，第二座圈构件具有围绕旋转轴设置的第二环状本体，第二座圈构件具有第二内直径和第二外直径，第二座圈构件具有第二附接特征和在第二附接特征内侧延伸的第二突起，所述第一附接特征联接到所述第二附接特征，使得所述第一突起从所述第二突起轴向间隔开，在所述第一突起和所述第二突起之间限定通道，通道相对于第一座圈构件和第二座圈构件的中心轴线倾斜地延伸；和

环状截头锥形环构件，围绕旋转轴设置并且位于通道中，环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

方案15. 根据方案14所述的车辆，其中，第二座圈构件还包括第三附接特征，所述车辆还包括：

第三座圈构件，该第三座圈构件具有第三环状本体，该第三环状本体具有第三内直径和第三外直径，第三座圈构件具有第四附接特征和在第四附接特征内侧延伸的第三突起，第四附接特征联接到第三附接特征，使得第三突起从第二突起轴向间隔开，并且在第三突起和第二突起之间限定第二通道，第二通道相对于所述中心轴线倾斜地延伸；以及

设置在第二通道中的第二环状截头锥形环构件，第二环构件相对于所述中心轴线倾斜地延伸。

方案16. 根据方案14所述的车辆，其中，可旋转轴包括从方向盘延伸到转向齿条的转向轴。

方案17. 根据方案14所述的车辆，其中，环构件具有与可旋转轴的第一接口、与第一突起的第二接口以及与第二突起的第三接口。

根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，本公开提供了一种轴承组件，其相对于已知的轴承设计具有低的转向扭矩和改进的人体工程学的组装特性。

当结合附图考虑时，根据优选实施例的以下详细描述，本公开的以上优点以及其它优点和特征将显而易见。

附图说明

所公开的示例在下文将结合以下附图描述，其中，相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1是具有根据本公开实施例的轴承组件的车辆的图示；

图2是现有技术轴承组件的横截面；

图3a-3d是组装根据本公开实施例的轴承组件的横截面图示；以及

图4是根据本公开实施例的轴承组件的横截面。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采用各种和可选的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的那样，参考任一个附图图示和描述的各种特征可与一个或多个其它附图中图示的特征组合，以产生未明确图示或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

图1示出了具有可旋转转向轴12的转向柱组件10，可旋转转向轴12可从方向盘（未示出）延伸到转向齿条（也未示出）。转向柱组件10适用于与机动车辆1的转向系统一起使用。在本公开的范围内，可以想到其它转向柱组件的配置和应用。可旋转转向轴12在上端通过支撑组件14悬置，在下端通过接头组件16悬置，并配置成围绕轴线A旋转。U形接头18可以定位在可旋转转向轴12的中间，且可以由轴承组件20支撑。在各种实施例中，轴承组件20位于安装到车辆隔板24的密封组件22内。

已知的聚合物轴承组件，例如图2所示的轴承组件100，可能无法在低摩擦特性和可接受的人体工程学的情况下提供良好噪声阻抗。轴承组件100包括座圈112，该座圈112围绕转向轴12的至少一部分周向延伸，使得转向轴12可旋转地封闭在座圈112内。一个或多个轴承构件或环116，117设置在座圈112和轴12之间，以例如减少噪音。轴承构件116，117具有与座圈112的第一接口118A，118B和与轴12的第二接口120A，120B。当前，为了实现轴承组件的可接受的人体工程学性能，接口118A，118B，120A和 120B是松的。

在图3和图4中示出了相对于已知轴承具有改进性能特性的轴承组件200，包括降低的噪音，低摩擦和人体工程学的组装。轴承组件200围绕具有旋转轴线A'的可旋转轴设置。在图1的实施例中，轴和轴承组件200可以分别限定轴12和轴承组件20；然而，在其它实施例中，轴可以是在机动车或非机动车设置中的任何其它合适的旋转轴。

轴承组件200的组装在图3a至图3d中示出。提供了第一外部环构件202，其可以被称为座圈构件。第一座圈构件202具有大致环状主体，其具有如图3a至图3d所示的横截面轮廓。第一座圈构件202包括连接部分204和突起206。连接部分204相对于旋转轴线A'设置在突起206的外侧。第一座圈构件可以由各种材料形成，例如塑料或金属。如将在下文更详细讨论的那样，在一些实施例中，座圈构件202的一些部分具有弹性可能是有利的。在这种实施例中，整个座圈构件202可以由弹性材料形成，例如通过模制，或者座圈构件202可以由诸如刚性和弹性材料之类的材料组合形成，例如通过多次模制（multi-shot molding）。

连接部分204包括至少一个附接特征208，所述至少一个附接特征208配置成与附加部件上的互补附接特征208机械地或以其它方式接合，如将在下文更详细讨论的那样。附接特征208可包括如图3所示的可互锁弹性凸耳，或其它附接特征，例如钩和环、设置有粘合剂的表面或任何其它合适的附接特征。在图3所示的示例性实施例中，连接部分204包括具有互补形状的第一和第二附接特征208，使得多个座圈构件202可以顺序地彼此联接，如将同样在下文更详细地讨论的那样。

突起206相对于轴线A'倾斜地延伸，使得突起206的轴向位置在其最外直径和最内直径之间变化。换句话说，突起206不垂直于轴线A'延伸，而是具有轴向变化的轮廓。在所示的实施例中，突起206具有大致线性的横截面轮廓，即，限定了大致截头锥形的形状。然而，在其它实施例中，突起206可具有弯曲的或其它横截面轮廓。突起206在突起206的第一轴向侧上具有第一倾斜表面210，并且在突起206的第二轴向侧上具有第二倾斜表面212。

还提供了内部轴承构件214，其可以被称为环。环214大致设置在突起206的第二表面212附近。在组装开始时，例如如图3a所示，环214可以具有大致平面的环状形状，例如，在大致垂直于轴线A'延伸的横截面中为大致矩形。有利地，环214由此可以使用挤出并随后切割成期望的尺寸来便宜地形成。环214可以由任何顺应性的、低挠曲模量、低摩擦的材料形成，例如，聚四氟乙烯或聚酯。

如图3b所示，提供了第二座圈构件202'。第二座圈构件202'包括具有至少一个附接特征208'的连接部分204'和突起206'，突起206'在突起206'的第一轴向侧上具有第一倾斜表面210'。第二座圈构件202'大体上类似于座圈构件202配置。在所示实施例中，第二座圈构件202'配置成具有大致平面的端表面216和端部指示器凸耳218的端盖。这种实施例可以更清楚地指示轴承组件200的端部部分。但是，在其它实施例中，第二座圈构件202'可以与座圈构件202相同。

第二座圈构件202'被设置成靠近座圈构件202，环214位于第二座圈构件202'和座圈构件202之间。更具体地，环214设置在突起206的第二表面212和突起206'的第一表面210'之间。

第二座圈构件202'的连接部分204'与座圈构件202的连接部分204接合，如图3c所示。这可以通过相应附接特征208，208'的接合来执行。在所示的实施例中，这包括上述可互锁凸耳的互锁；然而，在其它实施例中，可以根据附接特征208，208'的配置以任何合适的方式执行接合。

由此在突起206的第二表面212和突起206'的第一表面210'之间限定倾斜通道220。在图3d中更详细地示出了通道220。在所示的实施例中，通道220的横截面大致线性地延伸，从而在座圈构件202，202'之间限定大致截头锥形的通道。

设置在通道220中的环214因此被成形为与通道220一致的新轮廓。在所示的实施例中，环214因此被成形为截头锥形轮廓。

如在图3d中可以详细看到的，环214的第一侧面222在第一接口224接触突起206的第二表面212，并且环214的第二侧面226在第二接口228处接触突起206'的第一表面210'。此外，环214在第三接口处接触轴，如将参照图4更详细地讨论的那样。

尽管为了简化附图目的，图3a至图3d省略了轴，但是本领域普通技术人员将理解，在实践中，环214和座圈构件202，202'可在座圈构件202，202'连接之前围绕轴设置。由于每个部件可以在组装之前滑动到轴上并且相对于轴定位在期望位置，因此改进了组装的人体工程学方面。

尽管图3所示的组件仅包括两个座圈构件和单个环，但是可以重复该过程以包括附加的座圈构件和环以形成如图4所示的迷宫式轴承组件300。迷宫式轴承组件300围绕具有旋转轴线A''的轴330设置。轴330可限定图1中所示的轴12，或者在机动车或非机动车环境中的任何其它合适的轴。

迷宫式轴承组件300包括限定多个通道320的多个轴承构件302，环314设置在多个通道320中。相应通道320和环314总体上如参考图3a至图3d的通道220和环214所示地配置，例如在环314的相应第一和第二侧面与通道320的表面之间具有相应第一和第二接口324，328。此外，相应环314在相应的第三接口332处与轴330接触。

迷宫式轴承组件300的相应环314在轴向方向使相应的第三接口332从第一接口324和第二接口328解耦或分离。换句话说，对于给定的通道320，相应的第三接口332位于与第一接口324和第二接口328的轴向位置不同的轴向位置。如本领域普通技术人员将理解的那样，第一接口324和第二接口328的相对轴向位置将基于通道320相对于轴线A''的形状和倾斜度而变化。

将第三接口332从第一接口324和第二接口328纵向解耦有助于在两个接口位置处的过盈配合，并使环314与座圈构件302之间以及环314与轴330之间的转动摩擦解耦。

此外，通过最小化轴承构件216和座圈212接口处的间隙以及通过在多个通道320间提供曲折路径，将第三接口332从第一接口324和第二接口328纵向解耦提高了轴承组件200的密封性能。

如本领域普通技术人员将理解的那样，环314和座圈构件302的数量可根据给定轴承组件302的期望特性而变化。此外，由于座圈构件302具有共同的横截面轮廓，它们是可互换的且可以自由使用以产生模块化轴承组件。

在本公开的范围内还可以想到附加变型。作为非限制性示例，可以在联接的座圈构件之间设置一个或多个中间构件，使得在相邻座圈构件之间设置多个倾斜通道。可以在其中设置相应的多个环构件。其它变型同样是可能的。

可以看出，本公开提供了一种轴承组件，其相对于已知的轴承设计具有低的转向扭矩和改进的人体工程学的组装特性。

如前所述，各种实施例的特征可被组合，以形成可能未明确描述或图示的本发明的其它实施例。虽然各种实施例可能已经描述为关于一个或多个期望的特性提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员会认识到，一个或多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易于组装等。如此，关于一个或多个特性被描述为与其它实施例或现有技术的实施方式相比不那么期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是期望的。

Claims

1.一种轴承组件，包括：

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述第二座圈构件还包括第三附接特征，所述组件还包括：

3.根据权利要求1所述的轴承组件，还包括可旋转轴，环构件围绕所述可旋转轴设置且具有与可旋转轴的接口。

4.根据权利要求3所述的轴承组件，其中，环构件可具有与第一突起的第二接口和与第二突起的第三接口。

5.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，环构件包括聚四氟乙烯或聚酯。

6.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，第一附接特征包括第一弹性可互锁凸耳，第二附接特征包括第二弹性可互锁凸耳。

7.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，第一座圈构件和第二座圈构件具有相同的橫截面轮廓。

8.一种组装的方法，包括：

提供可旋转轴；

在第一突起附近围绕轴设置环状环构件；

9.根据权利要求8所述的方法，其中，第二环状座圈构件具有第三附接特征，该方法还包括：

在第二突起附近围绕轴设置第二环状环构件；

10.根据权利要求8所述的方法，其中，环构件具有与旋转轴的第一接口、与第一突起的第二接口以及与第二突起的第三接口。