CN102239337A - 轴承单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮子轴承单元(100)，具有由至少一排滚动元件(115)彼此可转动连接的内部构件(105)和外部构件(107)，从而至少一个轴承内环(110)安装在内部构件(105)上。内部构件(105)包括第一部分(130)和至少部分从第一部分(130)向内径向设置的第二部分(135)。根据本发明，第一部分(130)由第一材料形成，并且第二部分(135)由金属材料形成，优选重量轻的金属，例如铝。内部构件(105)的第二部分(135)通过半固态金属工艺结合到第一部分(130)，并且保证第一和第二部分(130、135)之间的径向互锁，第一部分包括在径向向内方向上延伸的部分(140)，其中该部分呈现为至少一个表面朝向为远离轴承旋转轴(X)。因此，随着第二部分(135)的半固态金属的冷却，它具有对其径向收缩的表面，从而保证了单元(100)的永久结合和长期使用寿命。

Description

轴承单元
技术领域
本发明涉及轴承单元，特别是适合于支撑车轮的轴承单元，其中该轴承单元的元件包括通过半固态金属工艺结合的第一部分和第二部分。
背景技术
出于燃料经济的考虑，汽车工业正在推进车辆部件减轻重量。然而，需要实现重量减轻而不损害必要的强度或部件的坚固性，并且优选不增加材料成本或制造成本。
车轮轴承是汽车部件希望减轻重量的示例，还考虑车轮轴承属于车辆弹簧下重量的情况。轴承的滚道需要由足够刚度的材料制造，以便承受滚动接触的应力。钛和某些陶瓷是具有必要机械特性的材料，且重量也很轻。它们也很昂贵，因此更加普遍地采用轴承钢。轴承钢具有良好的硬性，但是不能看作轻重量的材料。因此，获得车轮轴承相对便宜制造且减轻重量的一个解决方案是由轴承钢形成轴承环，并且由轻重量材料形成车轮轴承的进一步结构元件。
在SE530892中，提出轴承单元具有由第一材料和第二材料制造的内环和外黄。轴承环的第一材料可以是轴承钢，用作滚动元件的滚道，并且第二材料由半固态金属工艺结合到第一材料。第二材料可为轻重量金属，以便最大化潜在的重量减轻。
然而，在实现能够提供与例如全部由轴承钢制造的传统单元相同机械和结构性能的轻重量轴承单元方面仍有改进余地。
发明内容
本发明涉及轴承单元，其具有内部构件和外部构件，由至少一排滚动元件可旋转地彼此连接。轴承单元还包括安装在内部构件上的至少一个轴承内环，从而内环具有用于滚动元件的至少部分内部滚道。为了能使重量减轻，内部构件包括由第一材料形成的第一部分，并且还包括由金属材料形成的第二部分；优选为诸如铝的轻重量金属。第二部分至少部分设置为从第一部分径向向内，并且通过半固态金属工艺结合到第一部分。为了径向地互锁内部构件的第一和第二部分，第一部分包括在径向向内方向上延伸且与第二部分形成界面的部分，其中该部分呈现为至少一个表面朝向远离轴承单元的旋转轴。
因此，第一部分的向内延伸部分包括至少一个凸悬表面，相对于第一部分的底切表面。换言之，向内延伸部分具有最大轴向宽度，其大于其基座的轴向宽度。这主要考虑到结合第一部分和第二部分所用的半固态金属工艺。在适当模具的帮助下，内部构件的第二部分形成(至少部分)在第一部分内，当第二部分的金属材料为半固态时。随着其冷却，半固态金属凝固且收缩，导致在径向向内的方向上收缩。该部分的凸悬表面保证了第二部分具有半固态金属可径向收缩而抵靠的表面，从而径向锁定第一和第二部分。优选地，该部分包括第二凸悬表面，以增加冷却金属可收缩而抵靠的表面面积，并且加强径向互锁。向内延伸部分也用作在两个方向上轴向锁定第一和第二部分。
在本发明的第一实施例中，仅一个轴承内环安装在内部构件上。如果轴承单元是单排轴承，则轴承内环包括用作滚动元件的部分内部滚道的表面。内部滚道的其余部分形成在第一部分的表面上。如果轴承单元是双排轴承，则轴承内环具有用于第一排滚动元件的内部滚道，并且内部构件另外包括用作第二排滚动元件的内部滚道的表面。在本发明的第一实施例中，内部构件的第一部分结合滚道表面，因此优选由标准轴承钢形成。在第二部分已经结合到第一部分后，第一部分上的内部滚道表面通过例如感应硬化(induction hardening)给出必要的硬度。第一部分的其它适合的材料是钛或钛合金以及陶瓷材料，陶瓷材料例如为氮化硅、氧化锆、氧化铝、碳化硼、氮化硼、氮化铝或者碳化硅。第一实施例的优点是第一部分提供具有优良强度和刚度特性的内部构件。
在本发明的第二实施例中，多于一个的轴承内环安装在内部构件的第一部分上。如果轴承单元为单排轴承，则两个分离的轴承内环限定滚动元件的内部滚道。如果轴承单元是双排轴承，则第一和第二轴承内环限定用于第一和第二排滚动元件的第一和第二内部滚道。本发明第二实施例的优点是，因为内部构件的第一部分不包括滚道表面，所以第一部分不需要经受硬化处理。因此，第一部分由具有优良可成形性的材料制造，使其更容易且更便宜形成第一部分的所需形状。低碳钢和铝是合适材料的示例。低碳钢进一步具有在限定条件下可焊接的优点。
在本发明的两个实施例中，内部构件上安装的至少一个轴承内环可由标准轴承钢、陶瓷材料或者由钛或钛合金形成，并且第二部分的金属材料优选为铝或铝合金。
为了实现进一步的重量减轻，根据本发明的轴承单元也可包括具有通过半固态金属工艺结合在一起的第一部分和第二部分的轴承外环(外部构件)，第二部分设置为从第一部分径向向外。因此，第一部分具有用作滚动元件的外部滚道的表面，并且，如对内部构件所述，轴承外环的第一部分可由标准轴承钢、陶瓷材料或钛形成。轴承外环的第二部分由诸如铝或铝合金的轻重量金属形成。
在根据本发明的轴承单元的某些示例中，轴承单元适合于内环旋转，并且内部构件的第二部分包括外侧上的径向延伸法兰，以用作诸如车轮的转动部件的安装法兰。内部构件的第一部分于是可有利地包括在径向向外方向上延伸的对应法兰部分。在半固态金属工艺期间，第二部分的法兰部分形成在第一部分的法兰部分周围，并且第一部分的法兰部分增强了整个安装法兰的刚度。
在根据本发明的轴承单元的其它示例中，该轴承适合于外环旋转，并且内部构件的第二部分包括内侧上的径向延伸法兰，以能使轴承单元固定到固定机械件上，例如，车辆的悬挂部件。
同样，在轴承外环也包括第一部分和第二部分且轴承适合于外环旋转的本发明实施例中，外环的第二部分可包括外侧上的径向延伸法兰，以能连接到诸如车轮的旋转部件。当轴承适合于内环旋转时，轴承外环的第二部分可包括内侧法兰，用于将轴承单元连接到例如车辆悬挂部件。
在本发明的进一步开发中，轴承单元是轮子轴承单元，其中车辆悬挂部件通过半固态金属工艺形成且结合到轴承外环的第一部分。悬挂部件可适合于非转向车轮或者可为转向关节。因此，外环的第二部分包括转向关节或非转向悬挂部件，其具有总体上进一步减轻轮端重量的优点，并且还简化了车辆装配工艺。
作为附加的重量减轻方法，根据本发明的带法兰的轴承单元中的一个或多个法兰可具有非圆形、离散的外周。
在根据本发明的轮子轴承单元的进一步开发中，用作轮子安装法兰的(内部构件的或轴承外环的)外侧法兰包括加强肋。加强肋由法兰周边上从法兰在内侧方向上突出的环形轴向延伸组成。该肋增强了轮子安装法兰的抗弯刚度，这对轮端组件的结构强度是需要的。
在本发明的进一步开发中，(内部构件的或轴承外环的)外侧法兰包括第一径向延伸和第二径向延伸，由圆柱部分连接。第一径向延伸用于轮子安装法兰，并且第二径向延伸用作刹车片(brake rotor)，这在装配车轮端时减少了装配部件的数量。
在适合于驱动内环旋转的根据本发明的轮子轴承单元的进一步开发中，内部构件的第二部分具有非圆形孔。因此，具有对应非圆形形状的驱动元件(例如，等速万向接头的外侧轴)可将扭矩传输到内部构件和至少一个轴承内环。非圆形孔与由诸如铝的轻重量金属部分形成的带法兰内部构件结合的优点是非圆形形状为内部构件提供了增加刚度。
可理解的是，轴承单元必须具有应用所需的足够强度和刚度。内部构件的第二部分和轴承外环的第二部分通过半固态金属工艺形成且结合到各第一部分。半固态金属工艺是近终形工艺(near net shape process)，其中金属或金属合金形成在其液态和固态温度之间的温度下。进一步的基础方面是半固态金属或金属浆具有触变性，意味着金属浆的粘度在其经受切变时降低。
在诸如铸造的传统熔化金属工艺中，铸造金属或金属合金的微结构包含互锁枝状结晶，其导致材料脆性。相反，在半固态金属工艺中，形成球粒，并且金属具有精细的、均匀的微结构，这给出增强的机械特性。半固态金属工艺还很少受滞留空气的影响，并且以该方法产生的部件例如与铸造部件相比具有较少的缺陷和较少的孔。
根据本发明，用于结合内部构件的第一和第二部分的半固态金属工艺是触融成型工艺、触融铸造工艺、触融锻造工艺、触融结合工艺、流变成型工艺、流变铸造工艺、流变锻造工艺或流变结合工艺之一。轴承外环的第一和第二部分也可以通过前述工艺之一结合。优选地，相同的半固态金属工艺用于结合内部构件和轴承外环的第一部分和第二部分，尽管实施例可想象应用于不同的工艺中。
在根据本发明的轴承单元中结合第一和第二部分的优选工艺是流变铸造工艺。优选流变铸造工艺描述在US2008/0118394中，其内容通过引用结合于此。
根据本发明的轴承单元具有很多优点。内部构件的第一部分的设计是指第一和第二部分径向和轴向锁定，能使轴承单元具有长期服务寿命。内部构件(轴承外环的)的第二部分可以精确形成且提供有所需的几何形状，消除对随后机械加工工艺的需求。再者，当轴承单元为具有由铝形成的轮子安装法兰的轮子轴承单元时，在法兰和抵靠法兰安装的铝轮缘之间不发生电化学侵蚀。本发明的其它优点通过详细的描述和图示而变得明显易懂。
附图说明
下面，本发明通过参考附图而描述，附图中：
图1A示出了根据本发明第一实施例的轴承单元示例的截面图；
图1B示出了图1a细节的分解图；
图1C示出了根据本发明第一实施例的部分单排轴承单元的截面图；
图2示出了根据本发明第二实施例的轴承单元的截面图；
图3A、3B示出了根据本发明提供有驱动几何体的轴承单元示例从内测看到的透视图；
图4示出了根据本发明第二实施例的适合于轴承外环转动的轴承单元的截面图；
图5示出了根据本发明第一实施例的轴承单元进一步示例的截面图；
图6示出了根据本发明第二实施例的轴承单元进一步示例的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一实施例的轴承单元示例的截面图。该示例中的单元100是用于车辆的双排角接触轴承，设计为能使车轮相对于车辆的固定悬挂部件可旋转支撑。单元100包括轴承外环107，其适合于连接到车辆悬挂部件。单元100还包括内部构件105，在外侧上具有径向延伸法兰125，法兰125提供有连接装置180以允许连接车轮。连接装置可以是法兰125中的多个螺纹孔，或者法兰可以包括例如柱头螺栓。内部构件105具有孔127，以能使单元100安装在轴元件上，该轴元件可以是驱动轴或非驱动轴。在该示例中，内部构件105还包括外侧上的轴向延伸，称为套管185，其便于使车轮居中。为了能使内部构件105相对于轴承外环107关于旋转轴X转动，第一排滚动元件115和第二排滚动元件115’设置在对应的轴承外环107上的第一外滚道120和第二外滚道120’与第一内部滚道117和第二内部滚道117’之间。
至少一个轴承内环110安装在内部构件105上，该环110具有第一内部滚道117，用于第一排(内侧)滚动元件115。根据本发明第一实施例，内部构件105结合的表面用作第二排(外侧)滚动元件115’的第二内部滚道117’。为了实现相对于传统轮子轴承单元减轻重量，内部构件105包括第一部分130和第二部分135，从而第一部分由第一材料形成，并且第二部分由重量轻的金属形成。铝或铝合金为第二部分135的优选材料。在第一实施例中，内部构件105的第一部分130结合外排滚动元件115’的第二内部滚道117’。因此，第一部分130由适合于用作轴承滚道的材料制造，例如，标准轴承钢。内部构的件第二部分135包括车轮安装法兰125、套管185和孔127。在某些示例中，内部构件的第二部分包括整体形成的刹车片。
根据本发明，内部构件105的第二部分135通过半固态金属工艺形成且结合到第一部分130，半固态金属工艺是近终形工艺，其中第二部分的金属形成在其液相和固相之间的温度。半固态金属工艺相对于熔化金属工艺例如模铸的优点是第二部分135获得更密集、无枝状结晶的微结构，使其具有轴承应用所需的强度、刚度和裂纹扩展抗力。再者，半固态金属工艺允许内部构件的第二部分135精确地提供有所需的形状。例如，孔127可形成有特定的驱动几何形状。车轮安装法兰125和套管185可形成有必要的几何体来保证足够的刚度。而且，轮子安装法兰125中的连接装置180可提供为在半固态金属工艺期间在适当定位的螺母或柱头螺栓周围形成第二部分135的半固态金属。因此，内部构件105不需要后续的机械操作生产。
流变铸造工艺是优选的半固态金属工艺的一个示例。采用铝作为根据本发明的轻重量金属的示例，流变铸造工艺首先涉及使铝成为熔化(液体)状态。然后熔化的铝在凝固期间允许冷却且搅拌以获得半固态浆。冷却的步骤可涉及给熔化的材料添加固态的铝粒子，并且为了提高效率，固态粒子可通过搅拌机构添加。液体铝和固态粒子之间发生热函交换，这便于形成浆且可消除对外部冷却的需要。半固态铝浆然后在适当模具的帮助下(注射)模制到内部构件105的第一部分130，所述模具用于限定轮子轴承孔127和轮子安装法兰125所需的形状。
随着第二部分135的半固态铝的冷却和凝固，其体积变小。假设内部构件105的第二部分135(以及整个轴承)为旋转实体，则第二部分的内圆周和外圆周减小，意味着收缩发生在径向向内的方向上，朝着轴承单元100的旋转轴X。因此，在轴承孔127内，第二部分135的半固态金属远离第一部分130收缩。在轮子轴承的使用中，这样的收缩可能导致内部构件105的第一部分和第二部分之间的相对运动，随着时间会分开。明显地必须消除这样的风险，以便使轻重量轮子轴承足以实现长期安全运动。
根据本发明，克服了这样的问题，其中内部构件105的第一部分130包括径向向内延伸部分140，其呈现为至少一个凸悬表面到第一部分的对应底切表面，凸悬表面设置为从底切表面径向向内。部分140的分解剖视图如图1b所示。
内部构件的第一部分130包括部分140，其在径向向内的方向上相对于第一部分的底切表面SU延伸。根据本发明，部分140存在至少一个凸悬表面SO，其朝向为远离轴承旋转轴。
具体而言，部分140的整个表面限定了内部构件的第一部分130和第二部分135之间的界面。如果我们定义：
法向矢量n，其垂直于第一部分到第二部分的方向上的界面，以及
径向矢量r，其垂直于轴承的旋转轴且径向向外的方向为正，
从而n和r的长度设为1，
那么，当点n(p)上的法向矢量和径向矢量r的标量乘积大于零时，界面上的点p可定义为在凸悬表面SO上。
因此，界面的凸悬表面SO包括符合下式的点p的集合
n(p)·r＞0。
在图1b中，对于凸悬表面So上的点p1，标量乘积n(p1)·r产生大于零的正值。对于部分140上的点p2，标量乘积n(p2)·r产生负值。
凸悬表面SO的作用是，当内部构件105的第二部分135冷却且在径向向内的方向上收缩时，凝固金属具有抵抗其径向收缩的至少一个表面SO，产生内部构件105的第一和第二部分130、135之间的径向互锁。有利地，考虑例如铝和钢的不同热膨胀系数，预热内部构件105的第一部分130以在半固态金属的凝固期间保持适当的收缩配合。
部分140还轴向地锁定第一和第二部分，这是给出的进一步优点，在运行中，轮子轴承单元要经受推力负荷。
优选地，内部构件的第一部分130包括第二底切表面SU和第二凸悬表面SO，以增加适用的表面面积，抵靠该表面面积第二部分135可能在径向向内方向上的收缩。为了简化第一部分的生产，第二凸悬表面优选设置为相对于第一凸悬表面的轴向位移。然而，可理解的是，第二凸悬表面可设置为从第一凸悬表面径向向内。部分140还可包括多于两个的凸悬表面。
图1b所示的示例中，该部分径向向内延伸从而使得凸悬表面SO相对于底切表面SU倾斜小于90度的角度。在选择性示例中，部分140以等于或大于90度的角径向向内延伸，并且包括凸悬表面的至少一个轴向凸起。在该实施例中，凸悬表面的至少一部分朝向在径向向外方向。
内部构件的第一部分不仅提供了用于过模制的第二部分的基底，而且总体上增加了轴承单元的刚度。参考图1a，第一部分优选包括外侧上的径向延伸142，其为轮子安装法兰125提供了增加的刚度。作为选择，分离片金属法兰(spearate sheet metal flange)可在第二部分135的过模制之前结合到第一部分130。
根据本发明第一实施例的轴承单元中内部构件105的第一部分130包括内部滚道117’(见图1a)。如所述的那样，标准轴承钢于是为适合的材料，并且第一部分130可在锻造操作中形成。在内部构件的第二部分135已经结合到第一部分130后，第一部分用作内部滚道117’的表面通过例如感应硬化而被硬化，从而能使滚道表面承受滚动接触的高应力。在随后的步骤中，可研磨滚道表面，从而实现所需的表面特性和公差。
第一部分130还可包括内侧上的轴向延伸143，其轴向突出超过第二部分135。在内部构件105已经产生且第一排滚动元件115和第二排滚动元件115’已经安装在轴承单元100的对应的内部滚道117、117’和外滚道120、120’之间后，轴向延伸143呈环形轨道地形成(orbitally formed)为抵靠轴承内环110的内侧面，以锁定轴承单元且提供必要的轴承预负荷。在图1a所示的示例中，内部构件105的第一部分130包括呈环形轨道形成的延伸。作为选择，内部构件的第二部分可包括这样的延伸，如图1c所示。
图1c示出了根据本发明第一实施例的部分轴承单元的截面图，其中单元100’是单排4点接触轴承。此外，轴承单元100’具有内部构件105，其包括通过部分140径向互锁的第一部分130和第二部分135。分开安装的轴承内环110在此情况下是分离的轴承环，并且其表面用作单排滚动元件115的部分内部滚道。内部滚道的其余部分形成在内部构件105的第一部分130上。如前所述，装配工艺的最后步骤是锁定轴承单元且提供所需的轴承间隙。这通过内部构件105的第二部分135上的轴向延伸144实现，它是呈环形轨道地形成为抵靠分开安装的内环110的内侧面。
第一部分130可以是陶瓷材料，意味着第一部分适合于在烧结操作中生产。第一部分为钛也是可能的。在大部分轮子轴承应用中，钛和陶瓷滚道很昂贵，尽管在减轻重量上是理想的材料。由轴承钢锻造的第一部分更加经济且提供轴承单元以优良的强度和刚度。
根据本发明，内部构件105的第一部分130必须具有特定的几何形状以保证在结合后第一和第二部分径向互锁。根据本发明第二实施例的轴承单元允许第一部分由比轴承钢具有更好可成形性的材料制造，因此能使其以甚至更经济的生产工艺生产。
根据本发明第二实施例的轴承单元如图2的截面图所示。在该第二实施例中，两个轴承内环110安装在内部构件105的第一部分130上，从而轴承内环可以是部分预装配的轴承组件。内部构件105还包括由重量轻的金属制造的第二部分135，其已经通过半固态金属工艺结合到第一部分。如前所述，铝是第二部分135的优选材料，并且流变铸造工艺优选用于结合第一和第二部分。为了保证内部构件105的第一和第二部分之间的径向互锁，第一部分130具有径向向内延伸的部分140，并且呈现为相对于第一部分130的底切表面SU 的至少一个凸悬表面SO。
因为预装配轴承组件安装在内部构件105的第一部分130上，第一部分不需要硬化，并且诸如低碳钢的材料可用于通过例如滚压操作或者锻造操作形成第一部分130。材料的优良可成形性使其易于生产第一部分130所需的几何形状。再者，与轴承钢(高碳钢)相比，低碳钢具有优良的焊接性。在图2所示的实施例中，轮子轴承单元100”采用锁定环锁定在一起，并且给出必要的预负荷。锁定环也可由软钢制造，其能使环145焊接到内部构件105的第一部分130。激光焊接是优选加热结合工艺的示例，因为它快速、经济且易于集成在生产线环境中。作为选择，第一部分130的内侧轴向延伸143可设置有螺纹，从而能使锁定环145拧在其上。粘合剂连接是另一种选择。
内部构件105的第一部分130也可由例如挤压成型铝材形成。在此情况下，环形轨道形成工艺(orbital forming process)适合于应用于锁定轴承单元100”，如图1a的实施例所述。当第一部分由低碳钢制造时，通过环形轨道形成装置锁定轴承单元也是一种选择。
在第二实施例中，内部构件105的第一部分130适合包括整体的或分开连接的径向延伸142，以增加轮子安装法兰125的刚度。作为提高轮子安装法兰的刚度且防止变形的进一步方法，内部构件105的第二部分135可包括加强肋155。肋155适合于由法兰圆周上的延伸在内侧方向上的轴向凸起组成。法兰刚度在驱动轮应用中特别重要，对于这些应用，根据本发明的轮子轴承单元另外包括扭矩传输装置。
在图2所示根据本发明第二实施例的轮子轴承单元的示例中，锁定环145包括其轴向内侧面上的驱动几何体。该驱动几何体可以由例如径向定向的花键组成，该花键适合于与等速万向接头上的对应径向花键配合。作为选择，内部构件105的第二部分135可结合能将扭矩传输到车轮的装置。例如，如图3a所示，轴承单元的孔127可包括纵向花键147，其适合于与CV连接的对应花键驱动轴配合。作为选择，如图3b所示，孔127可具有非圆形几何体150以能通过具有对应非圆形截面的驱动轴传输扭矩。非圆形孔的进一步优点是增加内部构件105的刚度。在图3a和3b所示实施例的进一步开发中，孔127可相对于轴承旋转轴变径渐缩(tapered)。锥形孔(以及对应锥形驱动轴)的优点是从驱动连接可消除间隙和游隙(play andbacklash)。如所述，内部构件的第二部分中的驱动几何体可在半固态金属工艺中采用适当的模具而形成。这与例如在传统轮子轴承单元中的机加工花键孔相比显著地节约了成本。
在至此讨论的各实施例中，轮子轴承单元的内部构件已成为可与至少一个轴承内环转动的轮毂元件。可清楚理解的是，根据本发明的轴承单元也可适合于轴承外环旋转。这类轮子轴承单元的示例如图4中的截面图所示。
如前所述，轴承单元100”’包括至少一个轴承内环110，其安装在内部构件105上。内部构件包括由轻重量金属制造的第二部分135，从而第二部分135已经通过半固态金属工艺连接到第一部分130。为了提供第一和第二部分之间的径向(和轴向)互锁，第一部分130包括根据本发明的径向向内延伸部分140。在图4所示的示例中，内部构件105适合于安装到车辆的固定悬挂部件，相应地，内部构件105的第二部分135包括内侧上延伸在径向向外方向上的法兰160。内侧法兰160包括连接装置181，例如螺纹孔或柱头螺栓，从而能使法兰160连接到例如转向关节。
在本发明的进一步开发中，轮子轴承单元的重量进一步减小，其中轴承外环107也包括通过半固态金属工艺结合的第一部分165和第二部分170。轴承外环107的第一部分165具有用作滚动元件115、115’的外部滚道120、120’的表面，如前所述，第一部分165适合于由例如标准轴承钢制造。轴承外环107的第二部分170由轻重量金属制造；优选为铝。
以该方法形成的轴承外环具有进一步的优点。除了获得轻重量轴承环外，第一部分的材料受到半固态连接工艺期间的预应力。随着半固态金属的冷却，在第一部分或滚道部分周围收缩。该收缩也导致第一和第二部分之间坚固和持久连接。
在所示的示例中，轴承外环107的第二部分170包括外侧上用作轮子安装法兰125的径向延伸，并且包括能连接车轮的连接装置180。为了便于使车轮居中，单元100”’还包括分开的套管185，其通过例如套管的外径和轴承外环的内径之间的压力配合而连接到外环107。作为选择，外环107的第一部分165可包括整体形成的套管。图4所示的轮子轴承单元可适合于驱动应用或非驱动应用。适合于轴承内环转动的轮子轴承单元同样可包括由通过半固态金属工艺结合的第一和第二部分形成的轴承外环。
例如，图5是根据本发明第一实施例的轮子轴承单元示例的截面图。在该示例中，内部构件105的第二部分135包括轮子安装法兰125，并且设置有用于车轮连接的柱头螺栓187。轴承外环107的第二部分170包括内侧法兰160，以能使单元100””连接到例如转向关节。
在本发明的进一步开发中，轴承外环的第二部分包括转向关节。根据本发明第二实施例的这样的轮子轴承单元示例如图6中的截面图所示。转向关节175由诸如铝的金属制造，并且形成为所需的形状且在例如流变铸造工艺中连接到轴承外环107的第一部分165。在所述示例中，轴承外环107的第一部分165包括在径向向外方向上延伸的部分167，这提供了轴承外环的第一和第二部分165、170之间的轴向锁定。径向锁定是不必要的，因为随着轴承外环的第二部分170冷却，它抵靠第一部分165收缩。在冷却后，第一部分165用作外部滚道的表面被感应硬化且研磨，准备用于最终的轴承装配。转向关节175可适当结合提供固定制动钳或浮置制动钳的连接。而且，内部构件105的第二部分135可包括用作轮子安装法兰的第一径向延伸125和第二径向延伸。第二径向延伸从第一径向延伸125径向向外和轴向向内设置，并且可用作刹车片，其适合于浮置制动钳或固定制动钳。因此，根据本发明的轴承单元可装配为整个轮子的端部单元，这不仅最大化了重量减轻，而且简化和加速了车辆装配工艺。
众多设计的轮子轴承单元可根据本发明实现。例如，内部构件的孔可用作等速万向接头的滚动元件的外部滚道，并且该单元可包括整体CV连接。而且，轴承单元可以是单排或双排角接触轴承，其中滚动元件为球、滚柱、扁平球等。再者，当该单元为双排轴承时，第一和第二排滚动元件的滚道可以等直径或者可为不同的直径。
已经描述了本发明的很多方面/实施例。应当理解的是，每个方面/实施例可与任何的方面/实施例结合。而且，本发明不限于所述的实施例。尽管根据本发明的轴承单元在用于汽车应用中作为轮子轴承单元是有利的，但是用于工业应用的其它类型的法兰的和非法兰的轴承单元也可根据本发明执行。因此，本发明可在所附权利要求的范围内变化。
附图标记
100、100’、100”、100”’、
100””、100””’    根据本发明的轮子轴承单元
105    内部构件
107    轴承外环
110    轴承内环
115，115’    第一、第二排滚动元件
117、117’    第一、第二内部滚道
120，120’    第一、第二外部滚道
125    外侧法兰(轮子安装法兰)
127    孔
130    内部构件的第一部分
135    内部构件的第二部分
140    第一部分的向内延伸部分
142    第一部分的径向延伸
143    第一部分的内侧轴向延伸
144    第二部分的内侧轴向延伸
145    锁定环
147    纵向花键
150    孔的非圆形驱动几何体
155    法兰加强肋
160    内侧法兰
165    轴承外环的第一部分
167    轴承外环的第一部分上的向外延伸部分
170    轴承外环的第二部分
175    转向关节
180    连接装置(外侧法兰)
181    连接装置(内侧法兰)
185       套管
187       柱头螺栓
SO        在内部构件的第一部分上的凸悬表面
SU        在内部构件的第一部分上的底切表面
P1、P2    在向内延伸部分表面上的点
n         法向矢量
r         径向矢量
X         旋转轴

Claims (21)

1.一种轴承单元(100、100’、100”、100”’、100””、100””’)，包括由至少第一排滚动元件(115)彼此可旋转连接的内部构件(105)和外部构件(107)，该轴承单元还包括安装在该内部构件(105)上的轴承内环(110)，该轴承内环(110)具有用于该第一排滚动元件(115)的至少部分内部滚道(117、117’)，该内部构件(105)包括第一部分(130)和第二部分(135)，其中该第二部分(135)的至少一部分从该第一部分(130)向内径向设置，其中该第一部分(130)由第一材料形成，并且该第二部分(135)由金属材料形成，通过半固态金属工艺结合到该第一部分，
其特征在于，
该内部构件(105)的该第一部分(130)包括在径向向内方向上延伸且限定与该第二部分(135)界面的部分(140)，其中该部分(140)具有至少一个朝向远离该轴承单元的旋转轴(X)的表面(SO)。
2.根据权利要求1所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第一部分(130)具有用作该内部滚道(117、117’)至少一部分的表面。
3.根据权利要求1或2所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第一部分(130)由标准轴承钢或陶瓷材料形成。
4.根据权利要求1所述的轴承单元，其中该内部构件(105)上安装多于一个的轴承内环(110)。
5.根据权利要求4所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第一部分(130)由低碳钢形成。
6.根据权利要求5所述的轴承单元，其中该轴承单元还包括焊接到该内部构件(105)的该第一部分(130)的锁定环(145)。
7.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的第二部分(135)形成有非圆形孔(150)。
8.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第二部分(135)包括带连接装置(180、187)的径向延伸法兰(125)，以允许车轮的连接。
9.根据权利要求8所述的轴承单元，其中该径向延伸法兰(125)具有轴向加强肋(155)，位于该法兰(125)的圆周周边并且定位于内侧方向。
10.根据权利要求8所述的轴承单元，其中该径向延伸法兰(125)包括第一径向延伸，其具有用于连接车轮的连接装置，并且还包括第二径向延伸，适合于用作刹车片。
11.根据权利要求8至10任何一项所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第一部分(130)包括法兰加强径向延伸(142)。
12.根据权利要求1至7任何一项所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第二部分(135)包括内侧上的径向延伸法兰(160)，该法兰(160)具有连接装置，以能使该内部构件(105)连接到车辆悬挂部件。
13.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该内部构件(105)的该第二部分(135)由铝或铝合金形成。
14.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该轴承单元(100”’)的该外部构件(107)包括由第一材料形成的第一部分(165)且包括由金属材料形成的第二部分(170)，其通过半固态金属工艺结合到该第一部分(165)，该第二部分(170)设置为从该第一部分(165)径向向外。
15.根据权利要求14所述的轴承单元，其中该外部构件(107)的该第二部分(170)包括具有连接装置(180、187)的径向延伸法兰(125)，从而允许车轮的连接。
16.根据权利要求14所述的轴承单元，其中该外部构件(107)的该第二部分(170)包括内侧上的径向延伸法兰(160)，该法兰具有连接装置，以能使该外部构件连接到车辆悬挂部件。
17.根据权利要求14所述的轴承单元，其中该外部构件(107)的该第二部分(170)包括整体形成的悬挂部件(175)，用于转向的或非转向的车轮。
18.根据权利要求14至17任何一项所述的轴承单元，其中该外部构件(107)的该第二部分(170)由铝或其合金形成。
19.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该半固态金属工艺是触融成型工艺、触融铸造工艺、触融锻造工艺、触融结合工艺、流变成型工艺、流变铸造工艺、流变锻造工艺或流变结合工艺之一。
20.根据前述权利要求任何一项所述的轴承单元，其中该单元(100’)包括仅一排滚动元件(15)。
21.根据权利要求1至19任何一项所述的轴承单元，其中该单元(100、100”、100”’、100””、100””’)包括两排滚动元件(15、15’)。
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