專利名稱：軸裝置和用于支撐軸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及一種包括可旋轉(zhuǎn)軸的軸裝置，該可旋轉(zhuǎn)軸具有在其縱向上穿過的孔。本發(fā)明也涉及裝配該軸裝置的軸承裝置、裝配該軸承裝置的變速箱以及裝配該變速箱的機(jī)動車輛。本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及用于支撐軸的方法。
背景技術(shù)：
在很多情況下，支撐結(jié)構(gòu)中需要支撐的軸由不同的材料構(gòu)成，支撐結(jié)構(gòu)例如為變速箱體，軸在其中被支撐。該軸通常由鋼制成，周圍的支撐結(jié)構(gòu)可由一些其它材料例如鋁構(gòu)成。事實(shí)上，軸和支撐結(jié)構(gòu)由具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料構(gòu)成、特別是材料為鋼和鋁時(shí)導(dǎo)致一個(gè)問題。這種情況更特別地適于軸向軸承裝置。例如，就一輛大型車輛中的變速箱而言，室溫和運(yùn)轉(zhuǎn)溫度之間的熱膨脹的差異會在軸兩端之間達(dá)到約0. 5mm。這使得保持已在室溫下設(shè)置的游隙或預(yù)應(yīng)力的問題非常必要。由軸和支撐結(jié)構(gòu)的不同熱膨脹引起的軸承游隙變化的問題尤其在WO 2008/005788、US 5 325 599和US 5 386 630中論述，但所述文獻(xiàn)主要集中在涉及單個(gè)軸承的措施以及如何設(shè)置方面。沒有任何詳述表明一個(gè)全面的解決方案。本發(fā)明的目的是使得可以以這樣的方式支撐軸以消除或至少減少軸和支撐結(jié)構(gòu)各自不同的熱膨脹系數(shù)弓I起的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)方面是，所述目的通過介紹中指出的具有特殊特征的類型的軸裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置還包括一個(gè)從軸的第一端到軸的第二端穿過孔在軸的縱向上延伸的桿，并且所述桿在所述第一端設(shè)有徑向定向支撐元件，該支撐元件定位為軸向超出所述第一端， 徑向延伸超出所述第一端的軸的外徑，并且具有帶有徑向外部分和徑向內(nèi)部分的軸向內(nèi)表面，徑向外部分相對于徑向內(nèi)部分朝向軸軸向偏移。這使得支撐元件很容易在軸向上不與軸端部和軸承旋轉(zhuǎn)部件軸向接觸，同時(shí)軸承的外環(huán)可以在與軸端部一致的軸向位置或者在軸上一小段距離的軸向位置獲得支撐。如此配置的軸裝置使得可以在沒有溫度變化影響軸承的精度的情況下支撐軸。桿可以在軸的第二端相對于軸被軸向固定，從而無關(guān)于溫度變化充分地保持支撐元件相對于軸的軸向位置。當(dāng)然這樣的前提是桿是由具有與軸的材料近似相同的熱膨脹系數(shù)的材料制成的。有利的是，桿和軸將由同種材料例如鋼制成。桿和軸由同種材料制成將會使關(guān)于保持支撐元件和第一軸端部的相對軸向位置的精度最大化。在軸承裝置內(nèi)支撐軸的位置，支撐元件可以作為軸承靜止環(huán)的軸向支撐，其中軸承裝置尤其包括在軸的第一端上或附近的軸向力吸收滾動軸承。因?yàn)橹卧洼S端部的相對軸向位置不受溫度變化影響，所以軸承精度、即已設(shè)定的游隙或預(yù)應(yīng)力將不會變化。如果，相反，外環(huán)被安裝到周圍支撐結(jié)構(gòu)中并受到來自周圍支撐結(jié)構(gòu)的軸向支撐，那么其相對于軸端部的軸向位置將會隨著溫度的變化而變化，并因此需要補(bǔ)償措施和調(diào)整。因?yàn)橹卧峁┝瞬皇軠囟茸兓绊懙妮S向支撐表面，因此本發(fā)明的軸裝置消除了與該補(bǔ)償措施相關(guān)的問題。所以本發(fā)明的裝置使得在一個(gè)大的溫度范圍內(nèi)以具有最佳設(shè)置的簡單方式支撐軸變得容易。還消除了采取其它措施設(shè)置一個(gè)固定的軸承游隙的必要。盡管并非必需，但有利的是，穿過軸的孔為圓形，并且有利的是，孔和軸同軸。桿也呈有利的圓形并且與孔同軸。根據(jù)本發(fā)明的軸裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，在圓周方向上分布的多個(gè)點(diǎn)(或位置)處， 支撐元件徑向延伸超出軸的外徑。如此裝配的支撐元件使得軸向支撐可以處于滾動軸承的外環(huán)上圓周方向上分布的多個(gè)點(diǎn)處，以便力的吸收分布開。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，這些點(diǎn)在圓周方向上相互之間等間距分布。因此，用于吸收軸向力的支撐對稱地均勻分布，以便外環(huán)上的力均勻分布并消除外環(huán)傾斜的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，支撐元件延伸超出軸的整個(gè)圓周的外徑。因此，力的吸收將盡可能均勻分布，導(dǎo)致最佳運(yùn)轉(zhuǎn)安全。為此，支撐元件可以例如擁有一個(gè)圓形外部輪廓以及呈圓盤的形式。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，支撐元件通過緊固裝置固定在桿上，所述緊固裝置被布置為使得可以在桿上設(shè)定支撐元件的軸向位置。因此，支撐元件相對于軸的軸向位置被適應(yīng)性調(diào)整，以便在預(yù)期運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下達(dá)到外環(huán)軸向支撐的最優(yōu)精度。該裝置也滿足了一定量調(diào)整后的需要。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，緊固裝置包括桿的螺紋部分和螺母。因此，可以用一種簡單可靠的方式影響支撐元件的所述軸向定位。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，桿在孔中具有徑向游隙。因此，防止了可能會導(dǎo)致摩擦損耗以及運(yùn)轉(zhuǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)的桿和軸之間的接觸風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，桿在軸的第二端設(shè)有第二徑向定向支撐元件，該支撐元件定位為軸向超出所述第二端，徑向延伸超出所述第二端的軸的外徑。該實(shí)施方式也使得可以給予在軸的第二端的軸向力吸收滾動軸承同樣的軸向支撐。因?yàn)橹卧诿總€(gè)軸端壓抵各自滾動軸承的外環(huán)，外環(huán)間的軸向間距將會同時(shí)隨著由溫度變化引起的軸的長度變化而變化，即軸向間距是相對固定的。結(jié)果，具有確定軸承精度的易操作的軸組件安裝在支撐結(jié)構(gòu)中。有利地，支撐結(jié)構(gòu)具有限制各自支撐元件向外軸向移動的可能性的軸向支撐表面。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，特別是根據(jù)上述任一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，第二支撐元件如上述第一支撐元件所示配置。因此，第二支撐元件也具有相似的益處。有利地，支撐元件被同樣配置，但是或者也可以根據(jù)互相不同的實(shí)施方式配置。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，桿在軸的第二端設(shè)有軸向固定裝置，以便相對于支撐結(jié)構(gòu)固定桿的相應(yīng)端的軸向位置。該實(shí)施方式相當(dāng)于上文所述的上一個(gè)實(shí)施方式的另一種選擇，并且使得易于在第一個(gè)軸端安裝軸裝置，因?yàn)榈谝恢苇h(huán)將因此不需要特定的止動裝置以防止向外軸向位移。根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置，特別是根據(jù)任一個(gè)后面的優(yōu)選實(shí)施方式，包括本發(fā)明的軸裝置和至少一個(gè)第一軸向力吸收滾動軸承，該第一軸向力吸收滾動軸承具有與軸一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)、靜止環(huán)以及設(shè)于環(huán)和靜止環(huán)之間的滾動元件，所述第一支撐元件適于壓抵靜止環(huán)， 因此靜止環(huán)的軸向移動性僅是一側(cè)被軸承的滾動元件限制，另一側(cè)被所述第一支撐元件限制。在本專利申請中，軸向力吸收滾動軸承不僅指僅吸收軸向力的軸承，還指吸收軸向力和徑向力的軸承，例如圓錐滾動軸承。根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，所述軸承裝置還包括用于軸向力的第二軸向力吸收滾動軸承，所述軸向力在與第一軸向軸承適于吸收的軸向力相反的方向上作用，該第二滾動軸承具有與軸一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)、靜止環(huán)和設(shè)于它們之間的滾動元件，所述第二支撐元件適于壓抵靜止環(huán)，因此靜止環(huán)的軸向移動性僅在一側(cè)被軸承的滾動元件限制，在另一側(cè)被所述第二支撐元件限制。根據(jù)本發(fā)明的變速箱包括根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置。根據(jù)本發(fā)明的車輛包括根據(jù)本發(fā)明的變速箱。本發(fā)明的軸承裝置、本發(fā)明的變速箱和本發(fā)明的車輛具有與本發(fā)明的軸裝置及其優(yōu)選實(shí)施方式的上述益處相同的益處。本發(fā)明的第二方面是用于支撐軸的方法，該方法包括以下特殊措施-提供中空軸，-使桿穿過軸的孔伸出，-通過軸承支撐軸，每個(gè)軸承包括第一軸向力吸收滾動軸承，第一軸向力吸收滾動軸承具有可與軸一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)、靜止環(huán)以及設(shè)于它們之間的滾動元件，-第一支撐元件包括具有徑向外部分和徑向內(nèi)部分的軸向內(nèi)表面，相對于徑向內(nèi)部分朝向軸軸向偏移的徑向外部分在軸的第一端安裝在桿上，-使所述第一支撐元件的徑向外部分壓緊靜止環(huán)抵靠滾動軸承的滾動元件，以便靜止環(huán)的軸向移動性僅是在一側(cè)被軸承的滾動元件限制，而在另一側(cè)被所述第一支撐元件限制，-以支撐結(jié)構(gòu)限制所述第一支撐元件的軸向移動性的方式，將軸的軸承裝配在支撐結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的軸裝置，特別是根據(jù)任一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的軸裝置時(shí)，本發(fā)明的方法是適用的。本發(fā)明的方法也具有與本發(fā)明的軸裝置及其優(yōu)選實(shí)施方式的上述益處相同的益處。參照附圖，通過以下列舉的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述來進(jìn)一步解釋本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的變速箱的一部分的縱截面。圖2是根據(jù)第二實(shí)施方式的相應(yīng)截面。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的變速箱的一部分的縱截面。該變速箱有構(gòu)成變速箱的軸的支撐結(jié)構(gòu)的箱體1。示例中的變速箱具有主軸2和副軸4。本發(fā)明參照副軸4來描述，副軸4 設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的軸裝置和軸承裝置。變速箱的其它部分基本上是常規(guī)形式，在此不再更詳細(xì)地描述。副軸4，以下稱軸4，設(shè)有多個(gè)與主軸2共運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪5。軸4在軸4的一端在第一圓錐滾動軸承7上被支撐，在軸4另一端在第二圓錐滾動軸承8上被支撐。同軸圓孔9位于軸4中，并貫穿軸4的整個(gè)長度。桿10延伸穿過孔9 并在其中具有少量游隙，以便防止桿與軸接觸。圖中桿通過其左端固定在箱體端壁的一部分11上。這種緊固通過桿10的端部13帶螺紋并旋進(jìn)端壁的部分11的螺紋孔中實(shí)現(xiàn)。圓盤14形式的支撐元件14被固定在桿10的右端。圓盤14具有中孔，通過中孔圓盤14插在桿10上，并通過螺母17和桿10的螺紋端部分堅(jiān)固地旋緊。通過將桿10左端適當(dāng)?shù)匦M(jìn)端壁部分11中的孔12中和/或擰緊螺母17，使圓盤 14的徑向外部分142的內(nèi)側(cè)向軸承7的固定外環(huán)71壓緊。因此，圓盤14向軸承7提供支撐以吸收向右作用的軸向力。本示例中軸4的左端支撐是常規(guī)配置，由此，為了吸收向左作用的軸向力，第二軸承8的外環(huán)緊鄰端壁部分11的軸向支撐表面。箱體1由鋁制成，軸4和貫穿軸4的桿10由鋼制成。如果變速箱升溫至比在圖1 中描述的情況下的應(yīng)用更高的溫度，那么箱體1和軸4以及桿10都將沿徑向和軸向膨脹。 因?yàn)橄潴w1由鋁制成，因此將比軸4和桿10有更大程度的膨脹。在徑向方向上，有關(guān)數(shù)值太小以至于不能引起任何問題，但是在軸向方向的膨脹差別將達(dá)到零點(diǎn)幾毫米。當(dāng)箱體1相對于軸軸向膨脹時(shí)，結(jié)果就是安裝了右軸承7的箱體的部分21相對于軸4的端部以及相對于固定在桿10上的圓盤14向右移動。因?yàn)橄潴w的所述部分21沒有用于外環(huán)71的軸向止動表面，所以不會影響軸承7的軸向支撐。圓盤14的形式及其位置不會相對于軸改變。因此，兩個(gè)軸承7、8的游隙或預(yù)應(yīng)力設(shè)置不受溫度差異的影響。如圖所示，圓盤14具有徑向外部分，該徑向外部分具有面向軸承外環(huán)71并相對于圓盤的余部向內(nèi)偏移的表面142。這樣配置的目的是在圓盤14、軸以及滾動元件之間分別創(chuàng)造間隙。另一個(gè)可選擇的可能性是提供一個(gè)外環(huán)71和圓盤14之間的中間環(huán)。表面142 的加大的偏移或具有顯著軸向尺寸的中間環(huán)可以使軸向軸承7稍稍位于軸上。關(guān)于桿的緊固以及關(guān)于軸右端圓盤的細(xì)節(jié)，圖2中示出的第二實(shí)施方式與圖1中的實(shí)施方式不同，但在其它方面則以相同方式配置。在本示例中，桿10沒有固定在箱體端壁，但在其左端也設(shè)有一個(gè)與其右端相似種類的裝置。因此，桿在左端沒有錨固到箱體中。相反，通過帶螺紋的螺母17b將圓盤14b形式的止動元件14b固定在桿10上。因此，軸4、桿10、兩個(gè)圓盤14、14b和軸承7、8將組成一個(gè)具有固定間隔、無關(guān)于溫度、在軸承7、8之間的復(fù)合組件，以便軸承7、8維持不變的設(shè)定。在軸的左端，圓盤14b被夾緊在軸承的外環(huán)81和箱體的端壁部分lib的軸向支撐表面IlOb之間。在軸的右端，止動環(huán)18被固定在箱體部分21b中，以限制圓盤14由軸向外的軸向移動。 當(dāng)箱體1相對于軸4軸向膨脹時(shí)，在端壁部分lib的軸向支撐表面IlOb和止動環(huán) 18之間的間隔將比圓盤14、14b之間的間隔多零點(diǎn)幾毫米。因此將產(chǎn)生相應(yīng)的軸向游隙，但不會影響由圓盤14、14b之間的聯(lián)結(jié)力保持的軸承的預(yù)設(shè)定。因此，該軸具有一定的軸向移動性，但是出于軸承裝置以外的其它觀點(diǎn)，這是可以接受的，所述軸承裝置當(dāng)然本身不受影響。根據(jù)軸向力作用的方向，組件的軸向力通過端壁部分lib的軸向支撐表面IlOb或箱體部分21b的支撐環(huán)18吸收。
權(quán)利要求
1.一種軸裝置，包括可旋轉(zhuǎn)軸G)，所述可旋轉(zhuǎn)軸(4)具有在其縱向上貫穿其中延伸的孔(9)，所述裝置還包括從軸的第一端到軸的第二端穿過所述孔(9)在所述軸(4)的縱向上延伸的桿(10)，并且所述桿(10)在所述第一端設(shè)有徑向定向的支撐元件(14)，所述支撐元件(14)定位為軸向超出所述第一端，并且在徑向上延伸超出軸(4)在所述第一端的外徑， 其特征在于，所述支撐元件具有帶有徑向外部分(14 和徑向內(nèi)部分(14 的軸向內(nèi)表面， 所述徑向外部分(14 相對于所述徑向內(nèi)部分(14 朝向軸(4)軸向偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸裝置，其特征在于，在沿圓周方向分布的多個(gè)點(diǎn)處，支撐元件(14)徑向延伸超出軸(4)的外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸裝置，其特征在于，所述多個(gè)點(diǎn)在圓周方向上互相等間距分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸裝置，其特征在于，所述支撐元件(14)在所述軸的整個(gè)圓周周圍在所述第一端處徑向延伸超出軸的外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的軸裝置，其特征在于，支撐元件(14)通過緊固裝置(17)固定在桿(10)上，所述緊固裝置(17)被布置為使得可以在桿(10)上設(shè)定支撐元件(14)的軸向位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軸裝置，其特征在于，所述緊固裝置(17)包括所述桿的帶螺紋的部分和螺母(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的軸裝置，其特征在于，所述桿(10)在所述孔(9)中設(shè)有徑向游隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸裝置，其特征在于，所述桿(10)在軸的第二端設(shè)有第二徑向定向支撐元件(14b)，所述第二徑向定向支撐元件(14b)定位為軸向超出所述第二端，并且徑向延伸超出軸(4)在所述第二端的外徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軸裝置，其特征在于，所述第二支撐元件(14b)具有用于位于桿(10)的第一端處的支撐元件(14)的根據(jù)權(quán)利要求2-5中的任意一項(xiàng)所述的特征。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的任一項(xiàng)的軸裝置，其特征在于，所述桿(10)在軸的第二端處設(shè)有軸向位置固定裝置(12、13)，所述固定裝置用于相對于支撐結(jié)構(gòu)(1)固定桿(10)的相應(yīng)端的軸向位置。
11.一種軸承裝置，其特征在于，所述軸承裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的軸裝置和至少一個(gè)第一軸向力吸收滾動軸承(7)，所述軸向力吸收滾動軸承(7)具有與軸一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)(72)、靜止環(huán)(71)以及設(shè)于它們之間的滾動元件(73)，以便所述第一支撐元件(14)適于壓抵靜止環(huán)(71)，因此靜止環(huán)(71)的軸向移動性僅是在一側(cè)被軸承的滾動元件(7 限制，而在另一側(cè)被所述第一支撐元件(14)限制。
12.根據(jù)引用權(quán)利要求8-10中的任一項(xiàng)時(shí)的權(quán)利要求11所述的軸承裝置，其特征在于，所述軸承裝置還包括用于在與第一滾動軸承(7)適于吸收的軸向力相反的方向上作用的軸向力的第二軸向力吸收滾動軸承(8)，第二滾動軸承(8)具有與軸(4) 一起旋轉(zhuǎn)的環(huán) (81)、靜止環(huán)(82)以及設(shè)于它們之間的滾動元件(83)，以便所述第二支撐元件(14b)適于壓抵靜止環(huán)(8 ，因此靜止環(huán)(8 的軸向移動性僅是在一側(cè)被軸承滾動元件(8 限制，而在另一側(cè)被所述支撐元件(14b)限制。
13.一種變速箱，其特征在于，所述變速箱包括根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的軸承裝置。
14.一種車輛，其特征在于，所述車輛設(shè)有根據(jù)權(quán)利要求13所述的變速箱。
15.一種用于支撐軸的方法，其特征在于，-提供中空軸，-使桿穿過軸的孔伸出，-通過軸承支撐軸，每個(gè)軸承包括第一軸向力吸收滾動軸承，第一軸向力吸收滾動軸承具有可與軸一起旋轉(zhuǎn)的環(huán)、靜止環(huán)以及設(shè)于它們之間的滾動元件，-第一支撐元件包括具有徑向外部分和徑向內(nèi)部分的軸向內(nèi)表面，相對于徑向內(nèi)部分朝向軸軸向偏移的徑向外部分在軸的第一端安裝在桿上，-使所述第一支撐元件的徑向外部分壓緊靜止環(huán)抵靠滾動軸承的滾動元件，以便靜止環(huán)的軸向移動性僅是在一側(cè)被軸承的滾動元件限制，而在另一側(cè)被所述第一支撐元件限制，-以支撐結(jié)構(gòu)限制所述第一支撐元件的軸向移動性的方式，將軸的軸承裝配在支撐結(jié)構(gòu)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，當(dāng)使用根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的軸裝置時(shí)應(yīng)用所述方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有可旋轉(zhuǎn)軸(4)的軸裝置，該可旋轉(zhuǎn)軸(4)具有在其縱向上貫穿其中延伸的孔(9)。根據(jù)本發(fā)明，該裝置還包括從軸(4)的一端到另一端穿過孔(9)在軸(4)的縱向上延伸的桿(10)。桿(10)在其一端設(shè)有徑向定向支撐元件(14)。支撐元件(14)定位為軸向超出軸(4)的端部，并且徑向延伸超出軸在端部處的外徑。本發(fā)明還涉及一種通過本發(fā)明的軸裝置支撐軸的方法。
文檔編號F16C3/02GK102348902SQ201080011536
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者J·福斯貝里, K·哈格貝里 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司