專利名稱：軸承組件速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)速度裝置的軸承組件，特別涉及帶有向外凸出法蘭的內(nèi)圈和外圈的軸承組件。傳感器組件和編碼器安裝在法蘭上，使傳感器固定不動(dòng)，而編碼器安裝在可旋轉(zhuǎn)的圈上。本發(fā)明特別適用于汽車(chē)的車(chē)輪軸承。
現(xiàn)在汽車(chē)工業(yè)變得更具有競(jìng)爭(zhēng)性，越來(lái)越強(qiáng)調(diào)獲得更好的燃料經(jīng)濟(jì)性和降低材料與勞動(dòng)成本，把車(chē)輪軸承改進(jìn)成比現(xiàn)有元件成本較低、重量較輕，并且能提供更多的功能。隨著對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的不斷強(qiáng)調(diào)和懸掛系統(tǒng)的改進(jìn)，車(chē)輪軸承也變得起來(lái)起精密。
現(xiàn)有的專利技術(shù)已公開(kāi)了用于汽車(chē)車(chē)輪軸承組件并在軸承組件中有傳感器組件和編碼器元件的結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)有技術(shù)的例子有名稱為“軸承組件”的美國(guó)專利US-4，795，278，它是在1989年1月3日授權(quán)給Yoshitaka Hayashi的。其他的現(xiàn)有專利技術(shù)還公開(kāi)了在軸承組件里附加了密封件的，這種現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)例子是名稱為“車(chē)輪速度傳感器”的美國(guó)專利US-3，772，549，它是在1973年11月13日授權(quán)給James，C，Cumming的。
現(xiàn)有技術(shù)的另一些例子是下面的美國(guó)專利，有名稱為“安裝脈沖發(fā)生器的車(chē)輛車(chē)輪軸承”的美國(guó)專利US-4，667，156，它是在1987年5月19日授權(quán)給Takami Machino和Akira Kikuchi的。它公開(kāi)了一種編碼器的齒輪齒結(jié)構(gòu)以及幾種將編碼器安裝在軸承圈上的方式。另外，還有名稱為“車(chē)輛的軸承組件”的美國(guó)專利US-4，783，180，它是在1988年11月8日授權(quán)給Yoshitaka Hayashi的。它公開(kāi)了一種安裝編碼器元件的環(huán)形零件(即

圖1中的54)。
現(xiàn)有技術(shù)中存在的第一個(gè)問(wèn)題是傳感器組件和編碼器的附加使制造費(fèi)用昂貴，這是上面幾份報(bào)告中提述的一些重要因素。例如有些設(shè)計(jì)與沒(méi)有速度檢測(cè)能力的車(chē)輪軸承相比，需要增加軸承軸向長(zhǎng)度。有些軸承組件/傳感器組件/編碼器的結(jié)構(gòu)需要比較復(fù)雜的裝配工藝，這就使這些車(chē)輪軸承設(shè)計(jì)的勞動(dòng)成本增加。有些設(shè)計(jì)需要傳感器組件相對(duì)于編碼器的位置有一個(gè)相當(dāng)精密的調(diào)整，從而保證提供一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣刃盘?hào)。無(wú)論從制造上所要求的觀點(diǎn)來(lái)看，或是由于材料和勞動(dòng)成本的原因，上述幾種軸承組件/傳感器組件/編碼器結(jié)構(gòu)都暴露出現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。至今還沒(méi)有公開(kāi)過(guò)為這些元件提供最小外形或體積的特定結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的軸承組件綜合了這些特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)使傳感器組件和編碼器與軸承組件組合，從而具有最佳的外形體積和最低的成本。概括地說(shuō)，本發(fā)明的軸承組件包括一個(gè)帶有向外凸出法蘭的固定圈，一個(gè)帶有向外凸出法蘭的轉(zhuǎn)動(dòng)圈，一個(gè)安裝在固定圈上的傳感器組件和一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)圈上的編碼器，并盡可能高效地利用兩個(gè)法蘭之間的軸向空間。各種裝配起來(lái)的裝置結(jié)構(gòu)都比上述現(xiàn)有技術(shù)獨(dú)特，而且實(shí)質(zhì)上它的成本和尺寸也優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
參照下列附圖和詳細(xì)的說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明，其中圖1是帶有分別安裝在外圈法蘭的孔中和內(nèi)圈法蘭孔中的傳感器組件和編碼器的軸承組件剖面圖。
圖2是軸承組件剖面圖，該軸承組件有一個(gè)安裝在設(shè)置在外圈法蘭上的支撐環(huán)上的傳感器和一個(gè)由在內(nèi)圈法蘭的外周邊上形成的齒輪齒所組成的編碼器。
圖3是沿圖2中的3-3線取得的，如圖2中所示的編碼器的軸向局部視圖。
圖4是軸承組件剖面圖，該軸承組件有一個(gè)安裝在設(shè)置在外圈法蘭上的第一支撐環(huán)上的傳感器，和一個(gè)在傳感器的徑向外側(cè)地安裝在設(shè)置在內(nèi)圈法蘭上的支撐環(huán)上的編碼器。
圖5是類(lèi)似于圖4所示的軸承組件的剖面圖，除了編碼器是安裝在傳感器組件的徑向內(nèi)側(cè)以外。
圖6是類(lèi)似于圖5所示的軸承組件的剖面圖，除了第二支撐環(huán)的一段是彎向內(nèi)圈法蘭的外周表面和在兩個(gè)支撐環(huán)之間設(shè)置了一個(gè)附加密封件。
圖7是軸承組件剖面圖，該軸承組件有在多頭連接螺栓的徑向外側(cè)地安裝在支撐環(huán)上的傳感器組件和軸向分開(kāi)的編碼器，它的支撐環(huán)如圖4～6所示連接在外圈和內(nèi)圈法蘭上。
圖8是螺承組件的剖面圖，該軸承組件有安裝在夾緊在外圈上并易于拆卸的環(huán)上的傳感器組件和安裝在內(nèi)圈上的軸向分開(kāi)的環(huán)形編碼器。
圖9是沿圖8中9-9線得到的可拆卸環(huán)的軸向端視圖。
在各個(gè)圖中，相似的部件均用相似的編號(hào)。
首先參照?qǐng)D1，一個(gè)軸承組件12包括一個(gè)外固定圈20，一個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)圈30，多個(gè)在保持架44中的滾動(dòng)元件或滾珠40，一個(gè)傳感器組件50，一個(gè)編碼器60和密封件70、72。內(nèi)圈30包括兩個(gè)元件，一個(gè)內(nèi)側(cè)元件32和一個(gè)外側(cè)元件34。這種結(jié)構(gòu)使制造過(guò)程中容易把滾珠40裝入軸承組件12中，多個(gè)連接螺栓76沿軸向穿過(guò)法蘭36上的孔，該法蘭是從內(nèi)圈30的元件34上徑向向外伸出的。傳感器組件50構(gòu)造成使它正好安裝在法蘭26的小孔28中，該法蘭從外圈20徑向向外伸出。編碼器60與傳感器組件50軸向分開(kāi)，并且至少有一個(gè)與法蘭36上的孔38匹配地裝設(shè)的突出物62?？?8位于連接螺栓76的徑向外側(cè)。最好是采用至少有兩個(gè)突出物62，以確保編碼器60相對(duì)法蘭36的精確位置。
編碼器60可以采用幾種式樣，例如，當(dāng)傳感器組件50采用可變磁阻型式的傳感器時(shí)，編碼器60一般用具有齒輪齒結(jié)構(gòu)。另外，如果傳感器組件50采用霍爾效應(yīng)式的傳感器，則編碼器60可用如圖1橫截面中所示的光滑的環(huán)形結(jié)構(gòu)。在編碼器60中帶有交替變換的南北磁極。在本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中，無(wú)論使用什么術(shù)語(yǔ)的“編碼器”，該術(shù)語(yǔ)是指如上面所給出的那樣的幾種結(jié)構(gòu)形式。
同樣地，傳感器組件50也可以有多種可能的結(jié)構(gòu)，如上面所討論的齒輪齒或霍爾效應(yīng)傳感器，因此，在說(shuō)明書(shū)中任何地方出現(xiàn)的“傳感器組件”術(shù)語(yǔ)都是指任何一種可能的結(jié)構(gòu)。
圖1中的軸承組件具有使傳感器組件50和編碼器60在軸向上對(duì)準(zhǔn)地保持的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)軸(未示出)的速度成比例的速度信號(hào)，該旋轉(zhuǎn)軸是與轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)圈30連接的。由于編碼器60是不能旋轉(zhuǎn)地安裝在內(nèi)圈30上，所以編碼器60的旋轉(zhuǎn)速度等于主軸(即汽車(chē)的輪軸)的旋轉(zhuǎn)速度。傳感器或檢測(cè)器52一般位于組件50之中，并且盡可能靠近編碼器60。一根輸出信號(hào)引線56可按照需要把輸出信號(hào)從傳感器52送到其它元件上，(即一個(gè)微處理機(jī)上)，傳感器組件的剩余部分是一個(gè)用于安裝傳感器52的連接結(jié)構(gòu)54，用來(lái)保持編碼器60和傳感器52之間恰當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系。此外，附屬的信號(hào)處理電路，如固定在積分電路芯片上的自適應(yīng)閾電路可根據(jù)需要與連接結(jié)構(gòu)54結(jié)合在一起。
滾動(dòng)元件或滾珠40成兩排環(huán)形地設(shè)置在內(nèi)外圈20和30之間，盡管所有的附圖中都示出了滾珠，但其他形式的滾動(dòng)元件，如錐形滾柱或球形的也可以使用而不影響本發(fā)明。連沒(méi)有滾動(dòng)元件的滑動(dòng)軸承也可以使用。
密封件70和72封閉著滾珠40，以防止水、灰塵和由旋轉(zhuǎn)元件帶來(lái)的其它外來(lái)物質(zhì)的進(jìn)入。另外，密封件70和72還具有把潤(rùn)滑脂保持在密封件內(nèi)來(lái)潤(rùn)滑滾動(dòng)元件的作用。
連接螺栓76用來(lái)把內(nèi)圈30的法蘭36緊固到汽車(chē)的輪轂上，如果使用這種方式，連接螺栓76的頭部78可以如圖1所示那樣位于螺栓的內(nèi)側(cè)端，螺栓76的螺紋端位于螺栓的外側(cè)端。本發(fā)明的考慮之一是傳感器組件和編碼器在軸承組件上的設(shè)置，考慮到維修時(shí)能把連接螺栓76從法蘭36上拆卸，因此，本文所有的軸承組件剖面圖中都包括一個(gè)連接螺栓76，以幫助讀者設(shè)想將螺栓76從法蘭36上拆卸，盡管圖1或其它任何附圖中都示出傳感器組件50在位置關(guān)系上似乎與連接螺栓相干擾，應(yīng)該注意到，一個(gè)特殊的要被拆下的連接螺栓通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈30，把螺栓很容易地從傳感器組件拆下，因而可以拆下連接螺栓76而不影響傳感器組件50。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3，一個(gè)軸承112具有一個(gè)編碼器160，它是法蘭136的一個(gè)組成部分。編碼器160包括一系列在法蘭136外周邊上形成的齒輪齒164。圖3表示齒輪齒164的軸向視圖。傳感器組件150軸向地與編碼器160分開(kāi)，并且由第一支撐環(huán)80支撐著，該支撐環(huán)具有分別的徑向內(nèi)側(cè)段和外側(cè)段82和84，以及相應(yīng)的軸向內(nèi)側(cè)段和外側(cè)段86和88。內(nèi)側(cè)段82和86設(shè)置在法蘭126的外側(cè)部分，內(nèi)側(cè)段86包覆了法蘭126的外周表面，并且有一段軸向內(nèi)側(cè)邊87，其彎向法蘭126的外側(cè)表面上的倒角斜邊127，傳感器組件150安裝在支撐環(huán)80的徑向外側(cè)段84上，沿軸向凸出穿過(guò)外側(cè)段84上小孔的傳感器或檢測(cè)器部分152與齒輪齒164徑向?qū)?zhǔn)。傳感器組件150和編碼器160都在連接螺栓76的徑向外側(cè)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，一個(gè)軸承組件212有一個(gè)安裝在第一支撐環(huán)280上的傳感器組件250，該支撐環(huán)具有連接兩個(gè)同軸段284和286的徑向段282，內(nèi)側(cè)段284壓裝在外圈220的外表面上，以便把支撐環(huán)280安裝在軸承組件212上。
軸向外側(cè)段286有一段向外伸出的凸緣288，它幫助將傳感器組件250支撐在相對(duì)于編碼器260的一個(gè)合適位置上。第二支撐環(huán)90設(shè)置在法蘭236上，并具有徑向段92和軸向段94。編碼器260通過(guò)一個(gè)在軸向段94上的向外彎曲件95和外罩96保持在一個(gè)合適的位置。該外罩向彎曲件95的外周表面彎曲，以圍起編碼器260。支撐環(huán)90的徑向段92有多個(gè)調(diào)節(jié)連接螺栓76的孔，螺栓使支撐環(huán)90在園周方向和軸向都保持在合適的位置上。支撐90的確定徑向位置是由法蘭236上的凹槽239來(lái)保證。在法蘭226外側(cè)表面的外端上有倒角斜邊227，有助于減少輸出信號(hào)引線的磨損。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，軸承組件321包括圖4所示相同的基本元件，圖4和圖5所示結(jié)構(gòu)之間的第一個(gè)區(qū)別是第二支撐環(huán)。在圖4中，支撐環(huán)90的取向是為了把編碼器260定在傳感器組件250的徑向外側(cè)位置上。而在圖5中，第二支撐環(huán)390是把編碼器360定在傳感器組件350的徑向內(nèi)側(cè)。圖5示出了把支撐環(huán)390連接在法蘭336上的類(lèi)似裝置，包括多個(gè)連接螺栓76的頭部78和確定支撐環(huán)390相對(duì)于法蘭336位置的凹槽339。第一支撐環(huán)380有一個(gè)徑向段382，該段把軸向內(nèi)側(cè)段384連接到軸向外側(cè)段386上，內(nèi)側(cè)段384有一個(gè)內(nèi)側(cè)邊緣387，其彎向法蘭326的倒角斜邊327。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，所示的軸承組件412與圖5中的軸承組件312是類(lèi)似的?；镜膮^(qū)別是附加的密封件74。第二支撐環(huán)490有一個(gè)改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。第一支撐環(huán)480提供了傳感器組件450的安裝裝置，并且有一個(gè)連接軸向內(nèi)側(cè)段484和軸向外側(cè)段486的徑向段482。第二支撐環(huán)490有一個(gè)連接軸向內(nèi)側(cè)段494和軸向外側(cè)段496的徑向段492。
內(nèi)側(cè)段494有一個(gè)徑向向內(nèi)突出的彎曲段495，類(lèi)似于圖5中保持編碼器360的方式，該彎曲段在外罩498的幫助下保持編碼器460。外側(cè)段496彎向法蘭436的外周邊表面，并且有一段彎向法蘭436的倒角斜邊437的軸向外側(cè)邊497。密封件74與第一支撐環(huán)480的外側(cè)段486外端相連接。外側(cè)段486與第二支撐環(huán)490的軸向內(nèi)側(cè)段494軸向平行，并是以使密封件74徑向向里伸出，與內(nèi)側(cè)段494的外周表面形成滑動(dòng)接觸。第二支撐環(huán)490通過(guò)外側(cè)段496設(shè)置在合適的位置。另一方面，連接螺栓76的頭部78可以用來(lái)把支撐環(huán)490固定到一合適位置上，或者它們可作為附加的連接裝置。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，軸承組件512有圖5所示的同樣的基本元件，并有改進(jìn)的支撐環(huán)580和590。傳感器組件550是水平安裝的，以便調(diào)節(jié)與編碼器560的軸向間隔，并使傳感器設(shè)置在第一支撐環(huán)580的軸向段588的園周表面上的孔585中。該支撐環(huán)連接在法蘭526上，方式與圖5和圖6中相應(yīng)的環(huán)380和480相似。支撐環(huán)580有分別的徑向內(nèi)側(cè)段和外側(cè)段582和584，并有相應(yīng)的軸向內(nèi)側(cè)段和外側(cè)段586和588。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8和9，軸向組件612有一個(gè)內(nèi)圈630(類(lèi)似于圖4中的內(nèi)圈330)，一個(gè)外圈620(類(lèi)似于圖4中的外圈320)，一個(gè)傳感器組件650，它整體地安裝在易于拆卸的環(huán)658上(見(jiàn)圖9)，該環(huán)夾緊在軸承組件的外圈620上。傳感器組件650與編碼器660徑向?qū)?zhǔn)而軸向分開(kāi)，編碼器設(shè)置在法蘭636內(nèi)側(cè)的凹槽639上形成的臺(tái)肩637上。
此外，編碼器660還可以用粘結(jié)劑連接在法蘭636上。
權(quán)利要求
1.一種軸承組件，其特征在于它有一個(gè)帶有徑向向外突出的第一法蘭的第一圈，所述的第一圈是固定的，并且有一外側(cè)表面；一個(gè)帶有徑向向外突出的第二法蘭的第二圈，所述的第二圈相對(duì)于第一圈是旋轉(zhuǎn)的，所述的第二法蘭有一外側(cè)表面；一個(gè)設(shè)置在上述第二圈的第二法蘭上的編碼器；和一個(gè)設(shè)置在上述第一法蘭上的傳感器組件，上述的傳感器組件有一個(gè)設(shè)置檢測(cè)器的連接結(jié)構(gòu)，所述的傳感器組件是與所述的編碼器對(duì)準(zhǔn)的，以便提供與所述的第二圈相對(duì)于所述第一圈的旋轉(zhuǎn)速度成比例的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸承組件，其特征在于上述的第二法蘭上有多個(gè)軸向方向的孔穿過(guò)，這些孔在第二法蘭的園周方向上是間隔開(kāi)的，以容納把上述第二法蘭連接到旋轉(zhuǎn)元件上的連接螺栓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的軸承組件還有位于上述第一和第二圈之間的多個(gè)滾動(dòng)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸承組件，其特征在于上述的滾動(dòng)元件保持在一個(gè)保持架座圈中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸承組件，其特征在于上述的滾動(dòng)元件保持在一個(gè)軸承保持架中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸承組件，其特征在于上述的軸承組件還有封閉上述滾動(dòng)元件的兩個(gè)密封件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸承組件，其特征在于上述的軸承組件還有一個(gè)位于上述第一和第二法蘭之間的密封件，以保護(hù)上述的檢測(cè)器和編碼器不受周?chē)h(huán)境的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的傳感器組件還包含有裝著電子學(xué)或電學(xué)裝置的集成電路芯片，用以補(bǔ)償如溫度、應(yīng)力和老化等外部因素對(duì)輸出信號(hào)的影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的傳感器組件安裝在軸向地穿過(guò)上述第一法蘭的一個(gè)孔中，上述的編碼器有一個(gè)或多個(gè)圍繞第二法蘭周向間隔開(kāi)地形成的軸向孔，這樣，使上述的檢測(cè)器和編碼器在徑向上對(duì)準(zhǔn)而在軸向上隔開(kāi)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼器有多個(gè)在第二法蘭外側(cè)周邊上成整體地形成的齒輪齒。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承組件，其特征在于上述的傳感器組件采用可變磁阻或檢測(cè)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承組件，其特征在于上述的傳感器組件有一個(gè)永久磁體和一個(gè)設(shè)置在上述齒輪齒和永久磁體之間的霍爾效應(yīng)檢測(cè)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼件有一個(gè)交替變化南北磁極的環(huán)狀圈，上述的傳感器組件采用霍爾效應(yīng)檢測(cè)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承組件，其特征在于上述的軸承組件還有一個(gè)設(shè)置在上述第一法蘭上的第一支撐環(huán)，上述的傳感器組件安裝在這第一支撐環(huán)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼器有在上述第二法蘭外側(cè)周邊上形成的多個(gè)齒輪齒。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的軸承組件，其特征在于上述的軸承組件還有一個(gè)設(shè)置在上述第二法蘭上的第二支撐環(huán)，上述的編碼器安裝在這第二支撐環(huán)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼器是在上述傳感器組件徑向向外地并與它同軸地設(shè)置的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼器是在上述傳感器組件徑向向內(nèi)地并與它同軸地設(shè)置的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其特征在于上述的編碼器和傳感器組件是徑向?qū)?zhǔn)而軸向分開(kāi)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其特征在于上述的第二支撐環(huán)有一個(gè)徑向段和一個(gè)第一軸向段，上述徑向段裝置在第二法蘭上，而上述第一軸向段有一個(gè)支撐編碼器的凹坑，上述編碼器也被一個(gè)圍繞這凹坑的外罩元件支撐在第二支撐環(huán)的第一軸向段上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的軸承組件，其特征在于上述的第二支撐環(huán)還有一個(gè)第二軸向段，上述的徑向段和第二軸向段設(shè)置在上述第二法蘭的外側(cè)表面上。
全文摘要
一種軸承組件，包括一個(gè)帶有向外凸出法蘭的外圈和一個(gè)類(lèi)似的向外凸出法蘭的內(nèi)圈，一個(gè)傳感器組件安裝在固定圈的法蘭上，一個(gè)編碼器安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)圈的法蘭上。此外，還包括幾種傳感器和編碼器的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01P3/488GK1054125SQ90109449
公開(kāi)日1991年8月28日 申請(qǐng)日期1990年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月16日
發(fā)明者丹尼斯·阿爾夫, 克里斯蒂安·哈伊茲勒, 詹姆斯·A·希爾比 申請(qǐng)人:托林頓公司