補償裝置的製作方法

2023-08-06 22:28:36 1

專利名稱：補償裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來補償由熱引起的兩個構件之間的軸向相對位 置變化的補償裝置，具有一第一補償件，它通過在第二補償件相配孔 內的圓錐形滑動面促使所述補償件之一作軸向補償溫度的運動，如果 由於溫度引起至少其中一個補償件徑向尺寸變化的話。
背景技術：
特別是在特別是汽車的差速器或換擋變速箱中的圓錐滾子軸承結 構中由溫度引起的機械零件的不同熱膨脹的補償具有重要意義。當今 為了減輕重量在變速箱結構中受機械力較小的元件、例如變速箱殼體 由輕金屬、例如鋁製成。相反受力大的變速箱元件、例如驅動軸和輸 出軸通常由鋼製成。鋼和鋁具有約相差幾倍的兩種不同的熱膨脹係數， 其結果是，這些機械零件在溫度上升或下降時產生不同的相對尺寸變 化。因此隨著溫度的上升，軸承特別是圓錐滾子軸承調整好的預緊力
減小。根據軸承結構的不同，在軸承距離為200mm時溫度每升高100 'C產生約0.25mm的軸承間隙。這種軸承間隙具有明顯的不希望的二 次效應，例如軸的軸向竄動、變速箱齒輪不再理想的齒嚙合，由此產 生噪聲，以及在手動變速箱時導致不希望的換擋感覺。
在這種背景下例如由專利US5，028，152和WO 2006/014934A1已 知，為了補償由熱引起的軸向相對位置變化在兩個構件之間設置由塑 料環形式的彈性體製成的補償元件，它們與鋼相比具有約IO至15倍 的熱膨脹。
DE 4221802A1為了提高補償效果公布了 一種多個這種補償環的 串聯結構。然而以這種材料為基礎的溫度補償裝置有了這樣的缺點， 即軸承預緊力和工作載荷必須通過這種材料(彈性體)傳遞，它與鋼 相比具有小得多的強度特徵值，此外有收縮和松他的傾向。因此用這肝公知裝置只能產生或傳遞比較小的軸向補償力。此外這種已知裝置 的溫度補償能力不是長期穩定的。
由德國公開文獻DE 4118933A1已知一種這一類型的裝置，它由 至少兩個構件組成，其中第一個構件以一圓錐形滑動面插入第二個構 件相應的孔內。第一個構件具有比第二個構件大的熱膨脹係數。隨著 溫度的上升和由此引起的第一個構件的徑向膨脹，兩個構件相配的圓 錐形滑動面產生所述兩個構件的軸向相對移動，由此可以補償機械零 件不同的熱膨脹。但是這裡只能實現較小的補償行程。
第一個構件可以通過一機械調整裝置調整其直徑，使裝置產生軸 承預緊力。在裝配時調整裝置必須(一次地)細心調整，並在長期穩 定性方面(例如由於所用的調整環節的配合性能)存在問題。

發明內容
在這種背景下本發明的目的是，優化開頭所述類型裝置的補償能 力，並用特別簡單的方法使得與其安裝環境的加工誤差儘可能無關。
按照本發明這個目的通過具有權利要求1特徵的裝置實現。
因此在本發明的裝置中至少一個補償件具有一個分割縫，其寬度 在運行時是可調的，該分割縫賦予補償件機械的徑向彈性性能。
在本發明範圍內接縫一般是指一在補償件上的有意的材料分割和 分割區的這種造型，即它賦予補償件徑向彈性變形能力，它在徑向上 超過材料內在的膨脹能力，因為補償件附加地可機械彈性變形或可壓 縮。
因此與由DE 4118933A1已知的原理相反，在運行時也賦予補償 件大大提高的徑向彈性性能，它起有利作用。彈性性能由補償件的材 料彈性變形造成，所述材料彈性變形通過材料分割才形成的和通過在 運行時改變接縫寬度的可能性形成。因此補償件的分割部位在必要時 可以在提高或降低預緊力的情況下相互背離或相互面對面運動。
因此可以在一個寬的範圍內補償相配的和功能匹配的構件-例如 其他補償件或例如殼體一側的安裝孔-的尺寸偏差，而不需要按DE 4118933A1的複雜的調整裝置。從而確保在任何時候兩個滑動面相互可靠和在寬的溫度範圍內的最穩定的工作接觸。
按照本發明一種有利的結構設定，補償件彈性預緊地保持在一個 孔內。這有這樣的優點，即彈性補償件在壓預緊作用下例如安裝在軸 承殼體的一個相應的孔內，這對於材料負荷尤其是在使用壽命方面是 有利的。
如果兩個補償件由鋼製成，那麼在製造成本和加工工藝方面是優 選的。
在加工工藝方面特別優選的賦予補償件機械彈性性能的可能性 是。補償件具有一軸向槽。


本發明的其他優點和觀點還由或補充地由參照附圖對本發明的以 下說明得到。 附圖表示
圖1 本發明第一個實施例在室溫或更高溫度時的縱剖視圖，
圖2 對於圓錐形滑動面重要的結構尺寸的設計， 圖3 第二個實施例在室溫和更高溫度時的縱剖視圖， 圖4 第三個實施例在室溫和更高溫度時的縱剖視圖， 圖5 第四個實施例在室溫和更高溫度時的縱剖視圖。
具體實施例方式
原則上本發明也適合於其他軸承型號和軸承類型(浮動/固定軸承 或固定/固定軸承(例如主軸的承))。本發明優先的應用場合是例如用 於汽車的差速變速箱、發動機變速箱或分配器變速箱，其中通常設置 一由鋁壓鑄件組成的殼體，並由鋼製造輸出軸和驅動軸並藉助於圓錐 滾子軸承按X-布局支承。這裡本發明一個特別的觀點是，可以採用普 通軸承並通過按本發明的單獨的溫度補償裝置進行溫度補償。
圖l表示一按所謂的X布局的具有一軸承外環2和一軸承內環3 的圓錐滾子軸承l，在軸承內、外環之間有保持在一軸承保持架4內 的圓錐滾子5。圓錐滾子軸承1將軸7的末端6支承在鋁殼體8內。
溫度補償裝置包括兩個補償件10、 11,它們在本實施例內做成環或盤。補償件IO做成鋼盤並構成一外件12。補償件10具有一分割縫 13。這裡它做成軸向槽14。縫13或槽14在運行時具有可變的寬度15。
在本發明範圍內"軸向槽"的概念表示一沿軸向貫通補償件材料 的開口，使補償件在槽寬擴大時可機械地徑向彈開，而在槽寬縮小的 情況下可徑向壓縮。這裡槽14不必非沿軸向A延伸不可，而是可如 圖所示與它傾斜或階梯式分布。
第二個補償件11與鋁殼體8連接，在本實施例中它做成鋁盤並伸 入第一個補償件10的開口或錐孔16內。因此也稱為內件17。
補償件10、 11具有圓錐面20、 21形式的相互匹配的工作面，它 們的錐角(參見圖2)做得一樣。它們起滑動面22、 23作用，它們按 照其錐角在第二個補償件ll(內件17)徑向膨脹或接觸時促使補償件 10(外件12)沿軸向A運動。這裡通過補償件10的彈性結構沿徑向 始終保證在滑動面22和23之間的壓緊力。因此裝置不管在例如滑動 面23的外部尺寸和滑動面22的內部尺寸可能的加工誤差方面還是在 參與的構件在由溫度引起的可能的徑向尺寸變化方面都非常不敏感。
為了說明熱性能在圖l左邊表示在室溫(T=20。C)的狀態，亦即 普通的安裝溫度時的狀態。為了確保在這種狀態時所建立的軸承預緊 力與在運行時出現的溫度變化無關，如圖l右邊可見本裝置補償在軸 7和鋁殼體8之間可能的相對位置變化。為此舉例和大大誇大表示了 在溫度升高時(T=120°C )殼體8的由熱造成的膨脹。而軸7幾乎沒 有尺寸變化。
由於殼體8的熱膨脹，外環2安裝在它裡面的安裝孔28也徑向脹 大。然而為了保證圓錐滾子5在外環2滾動面上可靠的滾動運動，必 須保持外環2的軸向預緊力，為此需要一軸向力Fn儘管殼體8有在 圖1右邊同樣誇大表示的伸長仍然通過這樣的方法繼續可靠地提供這 個力，即由於補償件11徑向膨脹彈性套在上面的環(補償件10)便 軸向向左移動，並由於補償件11的徑向膨脹通過圓錐形的相互匹配的 滑動面22、 23造成足夠大的軸向力分量(Fl)。由於補償件10的彈 性性能在參與的構件的上述幾何變化時始終保證滑動面22、23準確的滑動。
圖2表示在圖1左邊所示的裝置，其中標註了對於補償件10、 11
相應錐體設計重要的尺寸，這裡確定預緊力的角度P由徑向和軸向熱膨
脹之比得到。其中這個角度必須在所謂的自鎖角之上。這裡自鎖角由
補償件10、 11之間的摩擦係數按以下公式得到； D/2 Aa AT D tan P= L . Act . AT =^T >P
卩=半錐角 D-殼體孔的直徑 1^=軸承距離
AT-工作溫度與室溫之差 Ao^鋼軸和鋁殼體熱膨脹之差 ^=滑動面22、 23之間的摩擦係數。
由此可見，用本發明的裝置既利用徑向的又利用軸向的由熱引起 的補償件ll的尺寸變化，從而使效率優化。
圖3表示本發明在X布局的圓錐滾子軸承方面的應用。在本實施 例中如結合圖1詳細說明的那樣圓錐滾子軸承以其外環2安裝在鋁殼 體8的安裝孔28內。內環3裝在軸7的末端6上。但是在該實施例中 兩個補償件30、31都由鋼組成，因此它們可以方^f更和成本低廉地製造。
支承在殼體8上的內部補償件31 (內件)設有一軸向延伸的槽32 形式的分割縫。這裡槽也不必沿軸向A直線形延伸，而是可以具有任 意的形狀和取向，只要它允許補償件31可徑向彈性變形。補償件31 在槽32縮小的情況下徑向壓攏或者彈入，從而配合準確地裝入孔28 內。這對於材料壽命具有有利的效果，即補償件31在壓力作用下機械 地彈性預緊。
如圖3右邊所示，在升高的工作溫度T-120。C時由於軸承和軸材 料(鋼)與殼體8材料(鋁)不同的熱膨脹係數使殼體8相對於軸結 構既沿軸向又沿徑向膨脹。因此在這種工作狀態下外環2產生徑向間 隙。需要如已經解釋過地在外環上保持附加的在各種工作狀態下保持不變的軸向預緊力F2，以保證圓錐滾子5不打滑和低磨損的運行。
由於補償件31的彈性性能和由此產生的徑向向外的機械預緊力， 補償件沿徑向跟隨安裝孔28的擴大，這時槽32脹開。這裡在安裝狀 態下(T=20°C )補償件31的預緊力或徑向的機械彈入量這樣選擇， 使得即使在殼體8溫度極高，從而膨脹的情況下仍始終提供可靠的將 補償件31固定在孔28內的預緊力。這種結構具額外的優點，可在大 的範圍內補償孔28直徑的尺寸偏差。
由於補償件31的徑向膨脹使補償件30沿力F2方向向左移動。 由此繼續對軸承外環2施加需要的預緊力F2。
圖4表示在圓錐滾子軸承40O形布局時本發明的裝置。這裡外環 41也安裝在鋁殼體43的一安裝孔42內。內環44裝在鋼軸46的末端 45上。圓錐滾子47位於內環44和外環41之間。在該實施例中設置 一開槽的鋼盤形式的補償件48作為內件，它穿過第二個補償件50的 圓錐孔49。如上所述圓錐面51、 52構成滑動面53， 54，根據受熱長 度變化的不同，補償件48, 50在保持作用在外環41上的軸向預緊力 F3的情況下沿所述滑動面滑動。
在圖4右邊表示在溫度升高時(T=120°C)的狀態。由於殼體43 徑向膨脹，外環產生徑向間隙，這時通過沿滑動面53， 54的滑動發生 補償件48進一步伸入補償件50的錐孔49中的相對運動。通過由於開 槽補償件48的機械彈性性能產生的徑向預緊力使滑動面53和54可靠 接觸並確保外環41的溫度補償預緊。補償件48最好與軸承外環41 固定連接。外件(補償件50)也可以設計成鋁盤，因此具有和鋁殼體 43相當的熱膨脹性能。
圖5中所示的實施例大部分相當於圖4中所示的結構。然而在本 實施例中補償件48'做成不開槽的鋼盤(內件)，而另一補償件50'設計 成帶一槽60的鋼盤。如前所述圓錐形外殼面51', 52'設置為滑動面53' 和54'。
如在圖5右邊中所示在溫度升高(T=120°C)時安裝孔42徑向脹 大，補償件48'更深地沿軸向A擠入補償件50'的軸向孔49'內。由此進行作用在外環41上的預緊力F4的匹配。
如圖5進一步表示的那樣，補償件50'在預緊力作用下裝入孔42 內，它在受熱工作狀態中在槽60相應地擴大的情況下導致補償件50' 徑向膨脹。
用本發明可以用簡單的方法實現由於溫度變化在軸承內造成的預 緊力損失的最小。這裡本發明裝置的特徵是特別方便的裝配和只需要 可經濟和方便地製造的構件。其中本裝置對於相配構件的幾何上尺寸 的偏差和不精確度非常寬容。用本裝置在高的軸承剛性的情況下實現 軸的儘可能無間隙，這促使變速箱中齒嚙合的最佳化和因此總體來說 相應構件壽命的提高，特別是變速箱中齒輪壽命的提高。此外在換擋 變速箱中本發明裝置造成更好的換擋感覺及噪聲顯著減小。附圖標記列表
1圓錐滾子軸承40
2軸承外環41
3軸承內環42
4軸承保持架43
5圓錐滾子44
6軸7的末端45
軸46
8鋁殼體47
10補償件48
11補償件48
12外件49
13分割縫50
14軸向槽51
16孑匕52
17內件53
20，21圓錐面54
22、23滑動面60
28安裝孔A
30補償件Fl
31補償件F2
32槽
圓錐滾子軸承
外環
安裝孔
鋁殼體
內環
末端
鋼軸
圓錐滾子
保持架
48' 補償件
49 ' 錐孔
50' 補償件
51' 圓錐面
52' 圓錐面
53' 滑動面
54' 滑動面
軸線方向 軸向力
F3、 F4軸向預緊力
權利要求
1.用來補償在兩個構件之間的由溫度引起的軸向相對位置變化的補償裝置，包括一第一補償件(11)，該第一補償件通過在第二補償件(10)的相配孔(16)內的圓錐形滑動面(23)促使所述補償件之一(10)補償溫度的軸向運動，如果至少其中一個補償件(10，11)由於溫度引起徑向尺寸改變的話，其特徵為至少一個補償件(10)具有一個分割縫(13)，該分割縫具有在工作時可變的縫寬(15)，它賦予補償件(10)機械的徑向彈性性能。
2. 按權利要求l的裝置，其特徵為做成彈性的補償件(31)在 彈性預緊力作用下保持在一個孔(28)內。
3. 按權利要求1或2的裝置，其特徵為兩個補償件(30， 31) 都由鋼糹且成。
4. 按上述權利要求之任一項的裝置，其特徵為其中一個補償件 (10)軸向開槽。
全文摘要
本發明涉及一種用來補償在兩個構件之間由溫度引起的軸向相對位置變化的補償裝置，包括一第一補償件(11)，它通過在一第二補償件(10)相配的孔(16)內的圓錐形滑動面(23)促使所述補償件(10)之一補償溫度的軸向運動，如果至少其中一個補償件(10，11)由於溫度引起徑向尺寸改變的話。為了優化這種裝置的補償能力和用特別簡單的方法使其與其安裝環境的加工誤差儘可能無關，設定，使至少一個補償件(10)具有一個分割縫(13)，該分割縫具有在工作時可變的縫寬(15)，它賦予補償件(10)機械的徑向彈性性能。
文檔編號F16B21/00GK101290026SQ20081009294
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月18日 優先權日2007年4月21日
發明者T·斯梅塔納 申請人:謝夫勒兩合公司