轴承组件以及循环球式转向器的制作方法

1.本公开总体上涉及一种轴承组件。更具体的来说，本公开涉及一种用于转向系统中的循环球式转向器的轴承组件。本公开还涉及包括该轴承组件的循环球式转向器。


背景技术：

2.在车辆领域，转向器作为转向系统的重要部件，主要作用在于增大方向盘传递到转向传动机构的力、以及改变力的传递方向。常见的转向器包括齿轮齿条转向器、蜗杆曲柄销式转向器以及循环球式转向器等。
3.在循环球式转向器中，使用螺杆来接收来自转向轴的旋转。螺杆借助于止推轴承以及阀体而固定至转向器的壳体中。主要存在两种类型的螺杆止推轴承。一种为滚针式轴承，其适用于具有贯通式螺杆的转向器，该类转向器对螺杆的径向不做限位。另一种为推力球式轴承，其适用于具有非贯通式螺杆的转向器，推力球轴承在使用时对转向器的螺杆进行轴向定位并承受螺杆的轴向力，同时也对转向器的螺杆进行径向定位并承受螺杆的径向力。在循环球式转向器中，螺杆带来的力最高可达几千牛顿。
4.中国专利申请cn106481655a公开了一种用于循环球式转向器的推力球式止推轴承。在实际应用中转向中间轴由于与转向器的输入轴之间存在较大的偏转角度，因此在方向盘转动过程中会给转向器的输入轴带来较大的径向力。较大的径向力使所述阀体内的三个密封圈很容易受到磨损，从而出现内泄露并使得转向沉重。另外，较大的径向力还可能导致转向器的输入轴与油封密封处的磨损程度增大，从而产生外泄露。其次，该专利申请中的止推轴承由于左右半座圈之间存在间隙，不能很好地承受螺杆所带来的较大轴向力。再次，随着车辆领域对转向精度和灵敏度要求的提高，用户期望转向系统具备较小的转向间隙，以在转向操作时减小用户转动方向盘到转向摇臂响应该转动而运动所需要的过程时间。该专利申请的左右半座圈之间存在的间隙使得用户难以精确地调整并实现轴承座圈与轴承钢球之间所期望的配合间隙，因此难以精确地调整并实现较小的转向间隙。这是因为，在该专利申请中，轴承座圈与轴承钢球之间的配合间隙是由左右半座圈的外滚道直径、左右半座圈之间的间隙以及轴承钢球自身的直径这三个参数之间的配合所决定的。在实际装配时，由于部件尺寸具有公差、并且左右半座圈之间的间隙可以随着紧固螺母的紧固而发生变化，因此通常难以同时精确地控制这三个参数，从而导致难以获得和保持期望的配合间隙。而在本领域中所熟知的是，轴承座圈与轴承钢球之间的配合间隙可以决定转向间隙的大小。
5.在其它现有技术中同样也没有公开能够在承受转向器中的较高力的情况下解决上述技术问题的轴承组件。


技术实现要素：

6.本公开的目的之一是提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的轴承组件以及包括该轴承组件的循环球式转向器。
7.公开了一种轴承组件，所述轴承组件用于转向系统中的循环球式转向器，其特征在于，所述轴承组件包括：螺杆，所述螺杆具有第一端和相对的第二端，以及止推轴承，所述止推轴承设置在所述螺杆的第一端上，并且包括轴承座圈和轴承钢球；其中，所述轴承座圈包括左半座圈和右半座圈，所述左半座圈和右半座圈分别设置有外滚道，所述螺杆在所述第一端处或附近设置有分别与所述左半座圈的外滚道和所述右半座圈的外滚道对应的内滚道；其中，当所述止推轴承在所述螺杆上处于已装配状态时，所述轴承钢球与所述左半座圈的外滚道、所述右半座圈的外滚道以及所述螺杆的内滚道接触，并且所述左半座圈和所述右半座圈在所述循环球式转向器的纵向方向上以没有间隙的方式彼此接触，从而在采用分组装配的情况下最小化所述转向系统的转向间隙。
8.在一个实施例中，所述循环球式转向器还包括密封所述循环球式转向器的内部空间的阀体、以及旋拧至阀体中的调整螺母，其中，所述左半座圈和所述右半座圈在所述纵向方向上以没有间隙的方式抵接所述调整螺母和所述阀体。
9.在一个实施例中，所述轴承钢球与所述左半座圈的外滚道和所述右半座圈的外滚道分别在第一接触点和第二接触点接触，所述第一接触点和第二接触点与所述轴承钢球的球心的连线相对于与所述纵向方向垂直的竖直平面呈一夹角。在另一实施例中，所述夹角为大约45
°
，大于45
°
，或者小于45
°
。
10.在一个实施例中，所述轴承钢球与所述螺杆的内滚道分别在第三接触点和第四接触点接触，所述第三接触点和第四接触点与所述轴承钢球的球心的连线相对于与所述纵向方向垂直的竖直平面呈一夹角。在又一实施例中，所述夹角为大约45
°
，大于45
°
，或者小于45
°
。
11.在一个实施例中，所述轴承座圈被构造成在所述分组装配法中按其外滚道的直径尺寸被分为多个组，每组轴承座圈的外滚道的直径尺寸的最大值和最小值之间的差处于2至8微米的范围内。
12.在一个实施例中，所述左半座圈和所述右半座圈的外滚道在它们相互接合的位置处一起形成外滚道容屑槽。
13.在一个实施例中，在所述螺杆的所述内滚道上形成于与所述外滚道容屑槽相对应的内滚道容屑槽。
14.在一个实施例中，所述止推轴承还包括保持架，所述保持架被构造成使轴承钢球之间不会发生相互接触。
15.在一个实施例中，所述左半座圈和所述右半座圈在所述止推轴承的径向方向上抵接所述阀体。
16.还公开了一种循环球式转向器，所述循环球式转向器包括上述的用于转向系统中的循环球式转向器的轴承组件。
17.在一个实施例中，所述循环球式转向器还包括阀体，所述阀体被构造成密封所述循环球式转向器的内部空间。
18.在一个实施例中，所述阀体包括同轴对准的第一中心孔和第二中心孔，并且所述第一中心孔和第二中心孔通过台阶部相连接。
19.在一个实施例中，所述第一中心孔靠近所述内部空间，而所述第二中心孔靠近所述循环球式转向器的外部，并且所述第一中心孔的直径小于所述第二中心孔的直径。
20.在一个实施例中，所述阀体通过所述第一中心孔而被支撑在所述螺杆的第一端上。
21.在一个实施例中，所述轴承组件的止推轴承被接收在所述阀体的所述第二中心孔中，并且在纵向方向上以没有间隙的方式抵接所述台阶部。
22.在一个实施例中，所述循环球式转向器还包括调整螺母，所述调整螺母被构造成旋拧至所述第二中心孔中并且以没有间隙的方式抵接所述止推轴承的左半座圈。
23.本公开的主题技术的其它特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地将从所述描述显而易见，或者可以通过实践本公开的主题技术来学习。通过在书面说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构，将实现和获得本公开的主题技术的优点。
24.应当理解，前述一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对要求保护的本公开的主题技术的进一步说明。
附图说明
25.通过以下结合附图的具体实施方式，将更加容易地理解本公开，其中相同的附图标记表示相同的元件。附图是示意性的而非限制性的。附图中的元件不一定被按比例表示，例如，元件可能为了实例说明的目的而被放大，或者可能被按比例缩小以保持附图清晰和易于理解。在附图中：
26.图1示出了车辆的转向系统的示意图。
27.图2示出了图1中所示的转向系统的循环球式转向器以及附接的转向摇臂的立体图。
28.图3示出了图2中所示的循环球式转向器的剖视图，该循环球式转向器包括根据本公开实施例的轴承组件。
29.图4示出了图3中圆圈部分a的放大图。
30.图5示出了根据本公开实施例的轴承组件中的钢球与轴承座圈之间的配合示意图。
具体实施方式
31.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
32.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。
33.应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
34.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多
个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在x和y之间”和“在大约x和y之间”应当解释为包括x和y。本说明书使用的用辞“在大约x和y之间”的意思是“在大约x和大约y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约x至y”的意思是“从大约x至大约y”。
35.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
36.在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
37.参考图1，图1示出了车辆的转向系统的示意图。方向盘1可以通过接收来自驾驶员的转向操作而发生旋转。连接到方向盘1的转向管柱套件2接收所述旋转，并经由万向节将所述旋转传递至转向器100。转向器100将来自转向管柱套件2的旋转运动转变为摇摆运动，并将摇摆运动输出至转向摇臂4。转向摇臂4通过直拉杆将摇摆运动转变为往复运动、并通过转向节臂带动同侧的车轮3以该侧的主销为转动中心实现该侧的车轮转向；同时，拉动该侧的转向横拉杆臂，带动转向横拉杆往复移动，将运动传递到对侧的转向横拉杆臂，继而拉动对侧的车轮以其主销为中心进行转动，从而实现了转向节转向，以使得车辆车轮3发生转动，进而实现车辆的转向。
38.现在参考图2和图3，图2和图3分别示出了包括根据本公开的轴承组件的循环球式转向器100的立体图和剖视图。转向器100可以包括壳体20、以及设置在壳体20内的螺杆30、活塞50和扇形齿轮60。在下文中，将沿着转向器100的中心轴线的方向称为纵向方向，将垂直于纵向方向且垂直于图3的纸面的方向称为横向方向。
39.壳体20可以用于容纳和支承转向器100的各部件。壳体20可以呈大致中空筒体形状。壳体20沿纵向方向具有敞开的第一端21和与第一端相对的封闭的第二端22。壳体20还具有沿纵向方向延伸的内部空间23，以用于容纳螺杆30和活塞50。壳体20还可以具有从筒体的侧壁径向向外伸出的突出部25。突出部25是中空的，并且限定用于容置扇形齿轮60的容置空间26。容置空间26和内部空间23彼此连通。
40.螺杆30通过其与活塞50的配合而将来自方向盘1的旋转运动转化成活塞50的往复移动。螺杆30沿纵向轴线具有第一端31和与第一端31相对的第二端32。螺杆30在其螺杆外壁35上包括呈螺旋形式延伸的螺杆凹部33，以与活塞凹部53(下文将详述)配合使用。螺杆30具有在第一端31处开口并沿纵向方向延伸的螺杆腔，以用于接收转向器100的输入轴，从而接收来自方向盘1的旋转运动。螺杆30在第一端31附近与止推轴承10、阀体40和调整螺母70相配合，如将在下文中详细描述的那样。
41.活塞50设置在壳体20的内部空间23中，并且可以在螺杆30的驱动下沿纵向方向往复移动，从而驱动扇形齿轮60绕横向方向进行摇摆运动。活塞50可以呈大致中空筒体形状。活塞50沿纵向方向具有敞开的第一端55和与第一端55相对的封闭的第二端56。活塞50包括在活塞50的第一端55和第二端56之间沿纵向方向延伸的内腔51。内腔51由内部壁52限定。
42.内腔51从第一端55接收螺杆30。内部壁52设置有呈螺旋形式的活塞凹部53，以和螺杆30的螺杆凹部33相配合。将螺杆30从活塞50的第一端55开始沿纵向方向旋拧至活塞50的内腔51中，同时将多个循环球式转向器的转向器钢球80放置在由螺杆凹部33与活塞凹部53一起形成的钢球通道中，从而实现螺杆30与活塞50的配合。
43.活塞50在其朝向壳体20的突出部25的外侧壁处设置有第一组齿54，以用于与扇形齿轮60的第二组齿64相啮合。
44.扇形齿轮60用于将活塞50的往复移动转化成摇摆运动。扇形齿轮60安装在壳体20的容置空间26中，并且如上所述通过扇形齿轮的第二组齿64与活塞50的第一组齿54的啮合而与活塞50接合。活塞50的往复移动驱动扇形齿轮60绕横向方向进行摇摆运动。扇形齿轮60联接至转向摇臂4，从而驱动转向摇臂4进行摇摆运动。
45.转向器100还可以包括阀体40。阀体40安装至壳体20的第一端21处，以用于密封壳体20的内部空间23。阀体40具有沿纵向方向贯通的接续孔。所述接续孔包括靠近壳体20的内部空间23的第一中心孔41以及靠近转向器100的外部的第二中心孔42，第一中心孔41和第二中心孔42同轴对准，并且彼此连通。第一中心孔41的直径小于第二中心孔42的直径，并且两个中心孔通过台阶部43相连接。阀体40的第一中心孔42用于接合螺杆30的第一端31。在阀体40与螺杆30的接合部位处可以设置一个或多个间隔开的密封圈81(在图4中标识出其中一个密封圈)以利于阀体40与螺杆30的密封接合。阀体40的第二中心孔42具有内螺纹44，以与用于轴承组件的调整螺母70(下文将详述)螺纹接合。
46.现在参考图4，图4为图3中圆圈部位a的放大视图，示出了轴承组件的示意图。轴承组件可以包括止推轴承10，以用于支撑螺杆30旋转。止推轴承10设置在螺杆30的第一端31处或附近。止推轴承10被接收在阀体40的第二中心孔42内，并且在纵向方向上抵接阀体40的台阶部43。止推轴承10包括轴承座圈、以及与轴承座圈配合的轴承钢球12。轴承座圈包括左半座圈111和右半座圈112。左半座圈111和右半座圈112可以设置成彼此对称或者不对称。右半座圈112沿纵向方向比左半座圈111更靠近阀体40的台阶部43。左半座圈111和右半座圈112在其径向内表面上均设置有轴承10的外滚道。两个外滚道呈圆弧形，并且半径可以设置成大致相同。外滚道的半径可以大于轴承钢球12的半径。
47.轴承组件还可以包括螺杆30。螺杆30在其支撑止推轴承10的位置处设置有与外滚道对应的内滚道。两个内滚道呈圆弧形，并且半径可以设置成大致相同。内滚道的半径可以大于轴承钢球12的半径，并且可以和外滚道的半径设置成彼此相同或者不相同。
48.如上所述，通过阀体40的第二中心孔42的内螺纹44与调整螺母70的外螺纹74的螺纹接合，调整螺母70被旋拧至阀体40的第二中心孔42中。调节调整螺母70，直到调整螺母70抵接止推轴承10的左半座圈111并且达到所期望的紧固扭矩为止，从而止推轴承10和螺杆30处于已装配状态。
49.当止推轴承10在螺杆30上处于已装配状态时，轴承钢球12可以与左半座圈111和右半座圈112的外滚道以及螺杆30的内滚道接触，从而形成四点式接触，下文将通过图5进
一步描述。另外，左半座圈111和右半座圈112在纵向方向上紧密贴合，从而左半座圈111和右半座圈112沿纵向方向或沿止推轴承10的轴向方向不存在间隙。此外，左半座圈111和右半座圈112可以在止推轴承10的径向方向上抵接阀体40，使得左半座圈111和右半座圈112与阀体40之间在所述径向方向上没有间隙。左半座圈111和右半座圈112不会在所述径向方向上浮动，从而消除或减小了转向器的输入轴所带来较大的径向力。径向力的消除或减小使阀体40内的密封圈不容易受到磨损，从而避免出现内泄露和转向沉重的问题。另外，径向力的消除或减小还减少了转向器的输入轴与油封密封处的磨损程度，从而避免产生外泄露。
50.止推轴承10的左半座圈111和右半座圈112与轴承钢珠12可以采用分组装配法进行组装。也就是说，在组装之前，左半座圈111和右半座圈112、轴承钢珠12和/或螺杆30以一定的等级进行筛选和分组。例如，轴承座圈可以按其外滚道的直径尺寸被分成多组，每组轴承座圈的外滚道的直径尺寸的最大值和最小值之间的差或等级可以处于2至8微米的范围内。
51.下面的表1示出了轴承座圈(即左半座圈111和右半座圈112)、轴承钢珠12和螺杆30的一个分组示例。在该分组示例中，例如在轴承座圈的外滚道的直径处于z4等级时，可以根据螺杆的内滚道的不同的直径尺寸范围(即不同的螺杆等级)来选择不同直径的轴承钢球12以进行配合，例如轴承钢球12的直径可以为直径φd1或者为直径φd3等等。
52.在左半座圈111和右半座圈112沿纵向方向或沿止推轴承10的轴向方向不存在间隙的情况下，经过上述分组装配，在给定的轴承左右半座圈的等级的情况下，可以仅考虑轴承钢球直径这一个参数而获得轴承座圈与轴承钢球12之间的精确的配合间隙，进而实现较小的转向间隙。例如，根据试验，在选定轴承座圈等级为z3时，仅需要选择直径为φd3的轴承钢球直径，即可获得轴承座圈与轴承钢球之间的等于零的配合间隙。与此相反，如上文所述，现有技术需要同时控制左右半座圈的外滚道直径、左右半座圈之间的间隙以及轴承钢球自身的直径这三个参数，而这在实际操作中是相当困难的。
53.表1
[0054][0055]
现在参考图5，图5示出了止推轴承10的轴承钢球12与轴承座圈的配合示意图。轴承钢球12分别与左半座圈111的外滚道和右半座圈112的外滚道在第一接触点121和第二接触点122处接触。第一接触点111和第二接触点112与轴承钢球12的球心123的连线相对于竖直平面的夹角可以呈大约45
°
。在其他实施例中，该夹角也可以大于45
°
，或者小于45
°
。所述竖直平面垂直于纵向方向并且在图5中以虚线形式示出。另外，轴承钢球12还与螺杆30上设置的内滚道在第三和第四接触点(未示出)处接触，并且第三和第四接触点与轴承钢球12的球心123的连线相对于所述竖直平面的夹角可以呈大约45
°
。在其他实施例中，该夹角也可以大于45
°
，或者小于45
°
。
[0056]
左半座圈111和右半座圈112在它们各自的外滚道相互接合的位置处可以一起形成外滚道容屑槽113，并且螺杆30在其内滚道上形成于与外滚道容屑槽113相对应的内滚道容屑槽313。外滚道容屑槽113和内滚道容屑槽313均用来容纳和存储进入止推轴承内的杂质，以减小由于杂质与轴承钢球12、外滚道或内滚道接触所造成的摩擦力。
[0057]
止推轴承10可选地还可以包括保持架114。保持架114用于使轴承钢球12之间不会发生相互接触，从而避免轴承钢球12的运动影响转向输入轴的平稳转动。
[0058]
在根据本公开的轴承组件中，当止推轴承10在螺杆30上处于已装配状态时，左半座圈111和右半座圈112之间在止推轴承10的轴向方向上不存在任何间隙、右半座圈112以没有间隙的方式抵接阀体40的台阶部43并且左半座圈111以没有间隙的方式抵接所述右半座圈。此时，通过如前所述的分组装配，可以获得左半座圈111和右半座圈112与轴承钢球12之间的期望的配合间隙。然后，在旋拧调整螺母70以紧固止推轴承10时，由于左半座圈111、右半座圈112之间在止推轴承10的轴向方向上不存在任何间隙，因此调整螺母70对左半座圈111、右半座圈112的推压不会导致左半座圈111和右半座圈112之间的相对距离的任何变化，从而容易地保持已获得的期望的配合间隙，进而获得较小的转向间隙。此外，由于左半座圈111、右半座圈112之间在止推轴承10的轴向方向上不存在任何间隙，对调整螺母70的旋拧也不会在紧固扭矩较大时导致左半座圈111或右半座圈112完全压紧在轴承钢球12上而使得止推轴承10无法工作。
[0059]
虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。