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汽车发动机辅助装置皮带轮轴承
技术领域
本发明涉及一种用在通过汽车内燃机利用环形皮带驱动各种辅助装置的皮带轮中的轴承，具体地说，涉及一种准备用于按照各种模式使用的汽车发动机辅助装置，例如设有或不设有电磁离合器的辅助装置中的皮带轮的，并且特别适用于压缩机皮带轮的轴承。
背景技术
汽车内燃机带有各种辅助装置，例如交流发电机、空调压缩机、冷却水泵。这些装置通过皮带间接驱动或由发动机的曲柄轴直接驱动。因此，每个辅助装置都带有绕着该装置的轴转动的从动皮带轮。
图4显示出作为辅助装置的一个示例的用于压缩空调器冷却媒介的压缩机21。该图显示出这样一个实施例，其中固定在转轴22上的斜板凸轮23转动从而使在其两个侧面处被滚珠24夹住的相对型(opposite-type)活塞25在形成在外壳6中的缸27内往复运动。转轴22由滚针轴承28、29支撑在外壳26的中央部分处。
板簧31通过安装连接支架30安装在转轴22的端部上。由磁性材料制成的环形板32固定在板簧31的顶端处。在该图中所示的实施例中，具有U形截面形状的从动皮带轮37通过轴承36支撑在从压缩机21的前端罩33凸出的支撑圆筒形部分35的外周边处。固定在前端罩33侧上的螺线管38设置在U形断面形状的空间中，并且由磁性材料制成的环形板32设置在通过从动皮带轮37的环形壁部分39与螺线管38相对的位置处，由此构成电磁离合器40。
在电磁离合器40中，当没有给螺线管38提供电流时，环形板32如在该图中所示一样与从动皮带轮37的环形壁部分39分开。因此，即使在通过环形皮带使从动皮带轮37转动时，该环形板32也不转动，因此该压缩机21不工作。相反，当给螺线管38提供电流时，由磁性材料制成的环形板32由螺线管的磁力吸引并且因此推压在环形壁部分39上，由此使电磁离合器40处于耦合状态。因此，从动皮带轮37转动，然后环形板32也与从动皮带轮一体地转动，由此通过板簧31、连接支架30和转轴22使斜板凸轮23转动，由此使活塞25往复运动以使压缩机21工作。
在这种汽车压缩机中，采用了各种用于支撑从动皮带轮37的轴承36。一般来说，大多数汽车压缩机采用了如图3(a)中所示的双列径向滚珠轴承(double-row radical ball bearing)41。图4显示出其中采用了双列径向滚珠轴承的实施例。在该轴承中，在形成在外环42的内圆周表面上的双列外座圈43、44和形成在内环45的外圆周表面上分别与外座圈43、44相对的双列内座圈46、47之间设有双列滚珠48、49。相应列的滚珠以预定的间隔分别容纳在护圈(retainer)50、51中。密封件52、53分别设在滚珠48、49的侧面部分处，以便按照不使在这些密封件内的润滑油脂从中泄漏并且不使水、灰尘等从外面进入到这些密封件内的这样一种方式进行密封。
如上所述，在使用传统双列径向滚珠轴承作为压缩机皮带轮的轴承的情况下，即使当从缠绕在从动皮带轮37上的环形皮带向该从动皮带轮37施加少量偏心负载时，也几乎不会出现这样的情况，即构成轴承40的外环42的中心轴线和内环45的中心轴线彼此不一致，因此该轴承倾斜。具体地说，当如图3(a)中所示一样该轴承构成为倾斜轴承(angularbearing)时，该轴承甚至可以适应较大的偏心载荷。因此，可以确保轴承具有足够的耐久性，并且另外可以防止从动皮带轮4的旋转中心倾斜，从而还防止了环形皮带的偏心磨损。
但是，在采用传统双列径向滚珠轴承的情况下，采用了包括具有相对较大直径的滚珠的轴承以便安全地接收较大的载荷。结果，该轴承不可避免地尺寸变大，因此该轴承沿着其轴线方向的宽度也不可避免地变大。但是，要求汽车的这些装置在其重量和尺寸方面尽可能小。因此，当轴承宽度变大时，用于该轴承的各个部件例如支撑部件变大并且因此沉重，而且整体进一步变得笨重。
作为这种现象的对策，想到采用包括直径较小的滚珠的轴承以便使得传统双列滚珠轴承更小，由此减小轴承沿着其轴线方向的宽度。在该情况下，由于耐久性随着滚珠直径变得更小而降低，所以人们认为该双列滚珠轴承的小型化受到限制。因此，人们认为适合于使用单列深槽滚珠轴承以便减小轴承的宽度，并且研究变成为改进单列深槽滚珠轴承。
也就是说，在采用普通单列径向滚珠轴承作为按照上述方式构成的从动皮带轮轴承的情况下，当从动皮带轮37接收偏心载荷时，该轴承没有足够地力来防止从动皮带轮37倾斜，由此在构成该径向滚珠轴承的外环中心轴线和内环中心轴线之间的偏离或不一致程度变得相当显著。结果，不仅径向滚珠轴承的耐久性变得不够，而且在缠绕在从动皮带轮37上的环形皮带处出现了相当大的偏心磨损。鉴于此，对于将单列深槽滚珠轴承构成为四点接触式进行了研究。
根据这项研究，如图3(b)的放大图所示一样，形成在外环55的内圆周表面上的外座圈56由两条轨迹(two loci)构成，即在图中设置在滚珠57右边并且其曲率半径R1大于滚珠57的曲率半径r的第一外座圈58和设置在左边并且具有相同曲率半径的第二外座圈59，由此该外座圈56按照所谓的尖拱式形状(Gothic arch shape)构成。同样，形成在内环60的外圆周表面上的内座圈61由两条轨迹构成，即第一内座圈62和第二内座圈63，每个的曲率半径R2大于滚珠57的曲率半径r，由此内轨迹也可以形成一个所谓尖拱式形状的轨迹。因此，滚珠57与相应座圈的四个点接触。在该轴承中，密封件64和65也分别设在滚珠两侧。
这样的一种四点接触式径向滚珠轴承与通常的单列深槽径向滚珠轴承相比相对于偏心负载具有更大的刚度，因此外环55的中心轴线即使在向其上施加偏心载荷时也难以偏离内环60的中心轴线。在例如JP11-210766A中披露了其中将这种四点接触式径向滚珠轴承应用于具有电磁离合器的压缩机的从动皮带轮上的示例，这也在许多其它已知文献中披露了。如在上面的公开出版物中所述一样，与传统轴承相比可以利用三点接触式以及上述四点接触式进行了改进。
如上所述，虽然通过采用双列滚珠轴承解决了由施加在皮带轮上的偏心载荷引起的问题，但是已经想到，由于需要在轴线方向上具有更窄的宽度的轴承，所以该双列滚珠轴承的使用受到限制。因此，对单列滚珠轴承的使用进行了研究，并且因此对上述四点接触式等滚珠轴承进行了研究。但是，即使在采用单列滚珠轴承时，也需要滚珠的直径更小以便获得宽度更窄的轴承。
但是，发现在单列滚珠轴承中，当滚珠的直径变小时皮带的振动声大小就变大。对于在振动声和滚珠直径之间的关系反复进行了许多试验，由此发现尤其在滚珠直径为5mm或更小时振动声大小变大。在表1中显示出这些试验的结果。该表显示出滚珠的直径，其中振动声大小尤其在单列滚珠轴承的滚珠直径改变时改变。从该表中可以看出，在单列滚珠轴承中，振动声大小在滚珠直径降低至大约5mm时增加，并且振动声量较大，因此当滚珠直径为4mm时该轴承不适合安装在汽车上。因此，不能使用具有例如4mm、3mm较小直径的滚珠，并因此根据这种观点发现减小轴承沿着轴线方向的宽度受到限制。
              表1

单列滚珠轴承的滚珠直径皮带振动声大小6小5中4大
发明内容
本发明主要打算在用于由汽车发动机驱动的从动皮带轮的轴承方面提供用于用在汽车发动机辅助装置中的皮带轮的轴承，该轴承可以减小沿着其轴线方向的宽度。
根据本发明用于在汽车发动机辅助装置中的皮带轮的轴承包括：一外环，它在其内圆周表面上具有双列外座圈沟槽；一内环，它在其外圆周表面上具有双列内座圈沟槽；以及多个滚珠，这些滚珠分别设置在外座圈沟槽和内座圈沟槽之间，每个具有4mm或更小的直径，其中，
该轴承的外径为65mm或更小，并且轴承的宽度为轴承内径的45％或更小。
此外，根据本发明用于在汽车发动机辅助装置中的皮带轮的轴承包括：一外环，它在其内圆周表面上具有双列外座圈沟槽；一内环，它在其外圆周表面上具有双列内座圈沟槽；多个滚珠，它们分别设置在外部座圈沟槽和内部座圈沟槽之间，每个滚珠具有4mm或更小的直径；以及一密封件，它设置在护圈的后表面侧上以便与之间隔开，由此形成容纳润滑油脂的空间，其中，
该轴承的外径为65mm或更小，并且轴承的宽度为轴承内径的45％或更小，并且护圈的后表面和密封件的内表面之间的距离为滚珠直径的13％或更大。
附图说明
图1为根据一实施方案的双列滚珠轴承的剖视图。
图2为一剖视图，显示出使用双列滚珠轴承作为用在压缩机中的皮带轮轴承的实施例。
图3(a)和图3(b)显示出一传统的滚珠轴承，其中图3(a)显示出双列滚珠轴承的剖视图，而图3(b)显示出四点接触式单列滚珠轴承的剖视图。
图4为一剖视图，显示出这样一个实施例，该示例使用了用于用在空调的具有电磁离合器的压缩机中的皮带轮的轴承，就像在汽车发动机的辅助装置中使用的皮带轮的传统的轴承那样。
具体实施方式
下面将参照这些附图对本发明的实施方案进行说明。如上所述，当如图4所示一样采用单列滚珠轴承作为用来驱动用作汽车发动机辅助装置的压缩机的皮带轮轴承时，例如皮带的振动声量增加，因此如在表1中所示一样，当滚珠直径降低至大约5mm时该轴承不适合安装在汽车上。本发明的发明人试图进行这样一种试验，在将每个具有如上所述被确定不适用于单列滚珠轴承的4mm直径的滚珠用在双列滚珠轴承中上。在表2中显示出这种试验的结果。
                               表2    试样轴承的尺寸               皮带振动声大小  内径  (mm)  外径  (mm)  宽度  (mm)    单列滚珠轴承  双列滚珠轴承  滚珠直径    (mm)振动声  滚珠直径    (mm)振动声    30    47    12    4.0  大    3.0  小    35    52    12    4.0  大    3.0  小    35    55    13    4.0  大    3.5  小    40    62    14    4.0  大    3.5  小    40    65    18    4.0  大    4.0  小
从上面的试验结果中可以看出，发现即使在使用由于振动声太大而不能用在单列滚珠轴承中的直径为4mm的滚珠时并且还有即使在使用具有3mm的更小直径的滚珠时，在双列滚珠轴承中也不会出现振动声。因此，为了应付研制宽度更窄的轴承的要求，本发明的发明人进一步根据必须使用采用了更小滚珠的双列滚珠轴承的知识对采用了更小滚珠的双列滚珠轴承反复地进行试验。试验结果发现，根据在采用了例如每个具有4mm直径的滚珠的双列滚珠轴承的情况出现早期咬死(seizure)的问题。
因此，本发明的发明人反复进行各种试验，以便研究出这个问题的起因，并且最终发现咬死的主要原因在于，填充在轴承中的润滑油脂在滚珠直径变小时变得不够。另外，做为解决咬死的对策，本发明的发明人认为，即使在采用了每个具有小直径的滚珠的双列滚珠轴承中，也必须保持尽可能多的润滑油脂，作为长时间不引起润滑油脂缺乏的措施。然后，本发明人认为，做为这种措施，最适合的是在滚珠和密封件之间确保足够的距离，并且实现这样一个结论，即尤其作为始终确保润滑油脂的空间，使护圈的后表面和与该后表面相对的密封件的内表面之间的距离尽可能地大于一预定数值。
另外，本发明的发明人通过试验对该预定数值为多长即护圈和密封件的内表面之间的距离多长才不会引起咬死以及应该采用什么标准来获得为所有轴承所共用的距离进行研究。研究结果发现，护圈和密封件内表面之间的距离应该采用滚珠直径作为标准来确定，并且当确保该距离相对于滚珠直径的比例为13％或更大时不会出现咬死。在表3中显示出这些试验的结果。
                         表3
    在包括每个具有3.5mm直径(Da)的滚珠的双列向心止推
     轴承中的耐久性试验结果(一旦经过250小时就中断)    护圈和密封件内表面之间的距离(L)    咬死    0.35mm(距离相对于滚珠直径的比例：10％)    出现    0.45mm(距离相对于滚珠直径的比例：13％)    没有出现    0.75mm(距离相对于滚珠直径的比例：21％)    没有出现    1.10mm(距离相对于滚珠直径的比例：31％)    没有出现
在图1中显示出这种轴承。图2显示出这样一个实施例，其中在汽车发动机皮带轮中采用这种轴承作为用在如图4所示的压缩机中的皮带轮的轴承。在图1中所示的双列滚珠轴承中，每个都具有4mm或更小的直径Da的滚珠7、8设在在其内圆周表面上形成外座圈2、2的外环3和在其外圆周表面上形成内座圈4、4的内环5之间，并且滚珠7、8分别由护圈9、10保持并且在它们之间具有相同的间隔。密封件11、12分别设在护圈的后表面侧上。与传统密封件相同，每个密封件是通过将具有预定结构的密封橡胶14焙烧成空心棒来形成的。密封件的底端部分15装配进形成在外环处的装配槽16中，并且密封件的顶端部分17在顶端部分的弹性力的作用下邻接着形成在内环6处的伸出侧壁18，由此确保密封性能。
该双列滚珠轴承1按照如图2所示的方式装配并且用作皮带轮轴承。该图对应于在图4中所示的压缩机的皮带轮部分的放大图，并且显示出这样一个实施例，其中使用了其宽度比图4更窄的轴承，由此使轴承的周围部件小型化，另外使用其宽度比图4更窄的皮带轮。在图2中所示的所有相应部件与在图4中的那些相同。由于已经参照图4对各个部件和电磁离合器的功能等进行了说明，所以与图4相同的图2的部分由共同附图标记表示，并且其说明省略。
根据本发明的双列滚珠轴承按照如图1所示的方式布置，从而在护圈9的后表面9和密封件11的内表面20之间的距离L设定为滚珠直径Da的13％或更大。也就是说，在表3中所示的耐久性试验中，使用了包含每个都具有3.5mm直径的滚珠的双列径向止推滚珠轴承(double-row angular ballbearing)，然后进行250小时耐久性试验，并且将在试验结束时没有造成任何咬死的轴承确定作为可耐实际使用的轴承。因此，将在试验结束之前出现咬死的所有轴承确定作为不适用于实际使用的轴承并且在表中表示为“出现咬死”。作为试验的结果，由于显然当护圈和密封件内表面之间的距离L变得更小时，很可能出现咬死，所以该表格特别示出咬死开始出现的距离和咬死开始几乎不出现的距离周围的数值。顺便说一下，虽然上述说明是针对与滚珠7相关的护圈9和密封件11作出的，但是其动作等在与滚珠8相关的护圈10和密封件12中完全相同。
从表3中可以清楚地看出，对于直径为3.5mm的滚珠而言，当护圈和密封件内表面之间的距离(L)为0.35mm或更小时出现咬死，而当该距离为0.45mm或更大即比前面情况大0.1mm时不会出现咬死。在每个都具有大于0.45mm的距离L的任一个轴承中都不会出现咬死。比较合适是采用滚珠的直径Da作为参考，以便将上述距离推广到所有尺寸的轴承。如在该表中所示一样，参照距离相对于滚珠直径的比例来观察这些数值，可以说在该比例为10％或更小时出现咬死，并且在该比例为13％或更大时不出现咬死。确认这个事实适用于每个都具有4mm或更小直径的其它滚珠。具体地说，在其每个外径为6.5mm或更小并且其每个宽度为该轴承内径的45％或更小并且每个都适用于其上应用了本发明的汽车发动机的辅助装置的皮带轮中的轴承中，还不知道有这样的轴承，其中设有双列每个都具有如上所述的小直径的滚珠，并且护圈和密封件内表面之间的距离设定为如上所述那样大。
在实际使用这种双列滚珠轴承作为如图2所示的皮带轮轴承时，要求尽可能地缩短该轴承沿着轴线方向的长度，也就是说尽可能缩短轴承的宽度。另外，在将直径为4mm或更小的滚珠用在如上所述的外径为6.5mm或更小并且宽度为其内径的45％或更小的轴承中的情况下，根据上述结果，当然该轴承可以按照这样一种方式设计，即在护圈和密封件内表面之间的距离确保至少为滚珠直径的13％或更大，鉴于整个尺寸空间该部分应该设计得尽可能大，并且确保容纳润滑油脂的空间。
在上述实施方案中，虽然显示出这样的实施例，其中本发明应用于作为在汽车发动机辅助装置中所用的皮带轮轴承的用在采用电磁离合器的空调压缩机中的皮带轮的轴承，但是本发明并不限于此，并且可以用作没有采用电磁离合器的皮带轮轴承或用于驱动各种辅助装置的皮带轮轴承，例如张紧皮带轮、作为皮带轮一个示例的惰轮、交流发电机、冷却水泵。
如上所述，虽然参照具体实施方案对本发明进行了详细说明，但是对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以按照各种方式对本发明进行改变或改进。
本发明基于2002年1月31日申请的日本专利申请(日本专利申请No.2002-024863)，其内容在这里被引用作为参考。
工业实用性
由于本发明按照上述方式构成，所以本发明可以可靠地解决由于形成为双列滚珠轴承而施加在皮带轮上的偏心载荷，并且可以防止由皮带轮倾斜引起的皮带偏心磨损。另外，在其外径为6.5mm并且其宽度为其内径的45％或更小的轴承中，每一个都适用于用在其上应用了本发明的汽车发动机的辅助装置皮带轮中，因为每个滚珠的直径设定为4mm或更小，该轴承沿着其轴线方向的宽度与传统轴承相比可以做得更小。虽然采用了直径为4mm或更小的滚珠的单列滚珠轴承从皮带中产生出较大的振动声，但是该双列滚珠轴承可以防止这种振动声的产生。另外，由于可以使用具有小直径的滚珠，所以可以完全使该装置小型化和轻量化。另外，由于护圈和密封件内表面之间的距离设定为滚珠直径的13％或更大，因此可以确保即使在长时间使用该轴承的情况也不会引起咬死的润滑油脂容纳空间。