CN103925284A - 具有一体轴承圈的轻量轮毂单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种轮毂单元(10)，包括有轻量材料制成的轮毂(20)，其形成有圆柱部(21)，法兰(22)和具有与法兰相对的表面的径向凹槽(32)，以及轴向对齐安装在圆柱体(21)***的两个轴承圈(15，14)；套锁止装置(40)，其径向***轮毂的圆柱部(21)和所述轴承圈(14，15)之间，且其包括与轮毂的径向凹槽相接合的保持部(43)，预加载所述轴承圈(14，15)的端边缘(17)，以及沿轴向延伸的一个或两个切口(48)。

Description

具有一体轴承圈的轻量轮毂单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有一体轴承圈的轻量轮毂单元，用于机动车辆车轮的轮毂轴承装配。本发明同样涉及该单元的制造方法。
背景技术
在机动车辆行业，对减小机动车辆组件的重量的需求不断增加，以实现减少燃油消耗和废气排放的目的。
为了减小车轮的总重量，并且尤其是车轮的旋转部分，具有由两种不同材料组成、结合在一起为单一部件的旋转法兰环的轮毂轴承组件，已经在最近几年被提出。在这种圈中，由第一种材料制成的管状芯部具有高的韧性，例如轴承级钢，形成滚道；第二种轻量材料，例如轻量金属，形成圈剩下的部分，包括用于安装车轮的外侧法兰。具体可参见专利公开WO2008/147284A1。
在某些情况下，钢的芯部和较轻的法兰之间的连接由干扰性连接形式提供。这些连接并非总是被证明是耐用的，尤其是长时间使用后。事实上，钢和铝不同的热膨胀系数趋于导致两种材料的分离。在另一些情况下，连接由轻量材料的包覆成型或铸造而形成，例如将铝合金包覆成型或铸造在管状钢的芯部上。为了避免或限制两种材料之间的相对运动，两种材料在这种类型的圈中通过具有复杂形状的交互表面而结合，为了实现咬边，其像接头样作用在两种材料之间。用于通过这种技术实现的环的制造花费相当高。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于以经济的方式提供一种轻量轮毂轴承组件，解决具有不同的重量和热膨胀的两个材料之间互锁的问题。对于车轮的轴承来说，重量的减小不应导致任何强度和安全性的减弱。滚道必须由足够硬的材料制成以承受滚动接触的赫兹应力。由于这个原因，用于轴承的传统钢仍广泛地使用。对滚道进行热处理从而获得能够承受由赫兹滚动接触导致的应力的硬度级别和同类的微结构。本发明的目的，尤其是提供双排滚动元件位于相应的内滚道和外滚道之间的轴承组件。两个径向外滚道都通过相同的外轴承圈形成。两个径向内滚道由两个独立的环形钢体形成。在某些应用中，其中的第一个，形成外侧的一排的内滚道，其本身是如上所述的管状芯。其包括在内侧延伸的管状轴部。在该管状部上装配有第二环形钢体，其在工业上为已知的“小圈”或“小内圈”。第一环形钢体的管状部具有端部，该端部在第二环形体的侧面或横向上突出。该端部经受冷变形，尤其是通过轨道轧制形成，在径向向外的方向上；获得一轧制的，塑性变形边缘，其轴向锁止第二环形体且轴向地预加载整个轴承单元。因此需要对第一钢体或芯进行感应淬火处理以使滚道区域***。***的区域必须延伸到被轧制的端部，因为这必须不能变得太硬和脆，但必须更换其它的可适用以经受塑性处理。
因此，本发明的另一个目的是减少由于需要实施传统的通过感应进行的热***处理而产生的较高成本。
轮毂轴承组件也已经提出，其中轮毂由轻量金属材料制成，尤其是铝合金，形成中心管状部，围绕其用力***一个或两个钢轴承圈，对应用于相应列滚动接触元件的径向内滚道。铝合金的热膨胀比钢的大，从而在运行情况下不需要改变轴向预加载。
本发明进一步的目的是提供轻量材料的轮毂单元，其具有一体的轴承圈，固定安装于轮毂的轻量材料上，不会产生后面的机械应力或压力，可包括轮毂单元的可靠性尤其是在延长使用期限后。
根据本发明可通过具有如权利要求1所述的技术特征的轮毂单元而实现上述和其它目的。根据本发明的另一方面，本发明涉及如权利要求18限定的装配方法。本发明的优选实施例被限定在从属权利要求中。
附图说明
本发明一些优选但非限制性的实施例将参照相关附图被描述如下，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的具有一体的轴承圈的轮毂单元的轴向剖面透视图；
图2是图1的所述单元的轴向剖视图；
图3是形成图1和2中所述单元的轮毂形成部分的轴向剖视图；
图4是图1和2中的所述单元的套锁止装置形成部分的轴向剖视图；
图5是图4中的套锁止装置安装在图3的轮毂上的轴向剖视图；
图6是具有图5的所述套装置的轮毂在制造过程中的中间过程时的示意图；
图7是在图6的接下来的制造过程的阶段上图2的所述单元的轴向剖视图；
图8和9是套锁止装置的两个另外的实施例的透视图；
图10是与之前的图不同的具有套装置的轮毂的示意透视图；
图11和12是根据两个其它实施例的轮毂单元的两个轴向剖视图。
具体实施方式
首先参考图1和2，标记10表示具有一体的轴承圈的整个轻量轮毂单元，用于机动车的车轮轮毂轴承组件。单元10限定了中心旋转轴X，并且被设置成绕X轴可旋转地安装机动车的车轮(未示出)。轮毂轴承组件在此处没有整体示出。如所知的，轮毂轴承组件还包括固定的外圈，其在使用中与车辆悬架(未示出)的垂直部分相连。所述轮毂组件中的轮毂单元10是其一部分，其是具有两列滚子接触元件***在相应的内和外滚道之间的轮毂轴承组件。这样，轮毂单元10具有两列径向内滚道，分别用11和12表示，其彼此轴向间隔。
在说明书和权利要求中，术语及表达，表示位置和方向如“径向”，“轴向”，“横向”都理解为参考X旋转轴。另一方面，如“轴向内侧”(或“内部”)以及“轴向外侧”(或“外部”)的表达，涉及在车辆上的安装情况。
单元10包括由轻量金属材料制成的轮毂20，优选铝合金，如铝选自以下几种：6061T6，6082T6或T5，A356T6，43500T6。可选择地，轮毂20可由其它材料制成，此处定义为“轻”可包括其它的轻金属合金(如铝，钛，镁等合金)，金属基体组合物，聚合物，加强纤维聚合物。
轮毂20以一个单一件形成在轴向延伸的圆柱部21以及从圆柱部21的轴向外端23在径向向外方向延伸的法兰22。
法兰22用于安装车辆的车轮(未示出)。在法兰上相对轴线x等角度距离位置形成有四/五个轴向孔24。孔24能够与对应的多个固定元件(未示出)相配合，例如螺栓，用于固定车轮。法兰具有轴向内侧的径向表面25，旨在于使用中朝向车辆，以及轴向外侧的径向表面26，形成用于制动转子(未示出)和/或用于车轮的支撑平面。
圆柱部21用于支撑两个径向内侧的轴承14，15，其在轴向方向上彼此并排或相邻。此处所示实施例中，圆柱部21为管形，并且具有轴向延伸的圆柱内腔27。圆柱部21的轴向内端28具有径向热表面29。内腔27在这些实施例中是连续的。在另外的实施例中，取决于即将安装的车轮的类型(例如驱动轮或从动轮)，内腔27可以是封闭的。在其它实施例中，圆柱部21可以内部填充，即，没有腔27。
圆柱部21具有径向外侧表面30，在所示实施例中，其形成径向凸起部31，其从法兰22和轴向内侧端28通过两个与所述径向凸起部31相邻的独立的长度32和33而轴向间隔，且每个具有最大的横向或径向尺寸，小于所述凸起部31的最大横向尺寸。在所示实施例中，凸起部31和与其相邻的长度32和33都为圆柱形表面。
所述凸起部31限定了台阶，具有轴向远离和与法兰22相对的台肩表面34，更具体地，与法兰22的轴向内侧表面25(内侧)相对。台肩表面34，在所示实施例中，位于与旋转轴X垂直的或径向的平面，且将凸起部31与小直径的长度32相连。槽或凹部35(图3)在该实施例中形成，其为环形槽，在法兰的轴向内侧表面25和台阶34之间。在没有示出的变化中，为了便于接下来描述的套装置的装配，根据在轴向外侧方向倾斜的锥形表面，台肩表面34可以与旋转轴X倾斜。
优选地，所述凸起部31限定第二台阶或台肩表面36，其相对于轴向内侧方向。所述台肩表面36在所示实施例中，位于与旋转轴X垂直的或径向的平面，且将凸起部31与较薄的端部长度33相连。在没有示出的变化中，根据在轴向内侧方向倾斜的锥形表面，台肩表面365可以与旋转轴X倾斜。
轮毂20还能形成轴向管状突起37，其从轴向外侧端突起并且适于实现车轮的定心。
在轮毂20的圆柱部21上，具有整个圆柱管形的套锁止装置40(图4和5)。在一个实施例中，所述管装置40具有平滑的径向外侧圆柱表面41和内圆柱腔42。内腔42具有，从轴向截面看，与轮毂的圆柱部21的径向外侧表面30的外轮廓一致的优选轮廓。
第一凸起43在径向内侧方向凸起，且形成在套装置40的轴向外端，优选在法兰的轴向内侧表面25和台肩表面34之间不具有轴向间隙地与凹部或槽35接合。在所示实施例中，第二凸起44也径向向内方向凸起朝套装置40的轴向内端形成，且具有轴向与第二径向台肩表面36相邻的横向表面45。凸起43和44用作保持元件以限制套装置40在轮毂30上。可看出的，套装置40安装在轮毂20上不会产生变形或形成轮毂的材料的大的张力。
套装置40在一个轴向外端还具有径向端表面46，其与法兰22的轴向内侧表面25相抵接。在第一和第二凸起43，44之间，套的径向内侧表面具有圆柱部47，其与轮毂20的较厚的部31的外圆柱表面相配合。如图5所示，优选实施例中，套装置具有内圆柱腔，其具有内轮廓，沿轴向截面看时，与轮毂的圆柱部21的外轮廓相一致。
在图4和5所示实施例中，套装置40通过单一的管状件形成，具有纵向或轴向切口48，这样套装置形成一圆周方向开口的圈(图8)。该切口限定了两个相反或相对的轴向或纵向边缘49a，49b。
为了将套装置40施加在轮毂20的圆柱部21上，套是打开的或可相对于其弹性力而变形，换句话说，套装置通过分隔开的两个相对的切口48的边缘49a，49b而扩大。
然后套装置被轴向地***(图6)，绕圆柱部21，在暂时的扩大状态。在所示实施例中，为了尽可能小地打开所述套装置，从而避免损坏，套沿轴向外侧方向(图6中的箭头A)朝法兰22移动，优选直至套装置与法兰22相邻接而施加。然后套装置释放，允许套装置的凸起或保持部43和44弹性地接合于或扣入轮毂的径向凹槽35，33。达到该位置后(图5)，套装置40的轴向内端部50凸出越过轮毂20的圆柱部的径向端表面29。
数字14，15表示第一和第二轴承圈，其分别具有相应的径向内侧滚道12，13用于两列滚动接触元件(例如球或锥形滚子，未示出)。轴承圈14，15然后位于套40的外圆柱表面41上，开始平滑地将第一轴向外侧内圈15抵靠在法兰22的轴向内侧或表面25上。在这种情况下(图7)，套40的轴向内端部50轴向地凸起越过端表面16的径向表面，其通过与轴向内侧方向相对的轴向最内侧14的第二圈表示。
套的端部接着通过在径向外侧方向上的轨道轧制被冷变形，从而提供了轧制的，塑性变形的边缘19，其轴向地锁止两个轴承圈14和15，沿轴向预加载轮毂20(图2)。
本领域技术人员都知道，轧制成形操作实际上是在一系列步骤之后进行，在此处省略了且未示出，因为它们对本发明的理解是不需要的。在套的端部边缘轧制成形之前的表述是足够的，首先将轴向向外侧或外侧的滚动元件列布置，接着安装径向外轴承圈，接着***轴向向内侧或内侧的滚动元件列，且最后进行轨道轧制。
由于套40的轧制成形通过在轻量材料轮毂上附接成形，轴承圈14，15保持在轴向和圆周方向或径向都固定锁止在轮毂20上。
通过较厚部31轴向地作用在凸起43和44之间，形成轮毂20的材料的热变形大于套40的钢的热变形，进一步地增加了套锁止装置40在轮毂上的作用力，避免了所述两个元件之间的相对运动。相反地，温度减小时产生的热收缩，包括套的凸起43的较大的轴向夹紧，轴向夹紧在法兰22和台肩表面34之间。
至此所述实施例具有在套中具有单个不连续线的优点。不连续的减少事实上减小了轨道轧制成形具有在纵向边缘或轴向相对的通过切口48分开的边缘49a，49b接合的缺陷的机会。所知的，用于轧制成形的材料易于膨胀，在其表面弹性变形。通过中请人所做的实验可以表明套40的角度延伸稍小于360度，在轧制边缘尤其是在弧形的相对端之间连接的区域形成这种缺陷的可能性就会减小。
在其它不同实施例(图9)，切口48仅部分地通过所述套装置，例如从轴向外端51开始，但不延伸至轴向内端52，因此在轴向内端在圆周方向上是连续的，为一闭合的圈，并且没有任何不连续。这样，切口48方便套装置40围绕轮毂的圆柱部21的定位，因为其允许套装置40在径向方向上从轴向外侧(与外侧相对)弹性变形。同时，套装置在套的轴向内端具有不连续或中断，其足够承受轨道轧制变形或其它等效的弹性变形以形成端部边缘，轴向地预加载轴承圈和轮毂。沿套装置的端52没有不连续承受轨道轧制成形减小了在最后的轧制边缘17中具有缺陷的风险。在其它不同实施例中(未示出)，也可以具有两个或多个纵向切口，其与在图9中的48所示的切口相似，可以间隔布置。这些切口可仅部分地延伸穿过和沿着所述套装置，例如从轴向外端51开始，但不延伸至轴向内端52，因此轴向内端在圆周方向上连续。
根据图10所示实施例，套40可由两个互补部件或元件组成，尤其是如两个半套或套部件40a，40b的形状，其根据相辅的弧即根据角度的延伸，如果相加到一起，绕轮毂的圆柱部21形成360度的圆周。在特定优选的实施例中，两个半套40a，40b相同且每个都具有约180度或稍小于180度的角度延伸。可选地，每个或两个半套之一的角度延伸可稍小于180度，这样所述两个半套结合在一起可提供稍小于360度的弧度以减小轧制成形过程中的缺陷。
两个半套40a，40b基本上没有与上面图4所述的套40不一致，因此其附图标记再次被标记。每个半套具有沿径向内侧方向凸出的第一凸起43，其可形成在套40的一个轴向外端以在法兰25的表面和轮毂的台肩表面34之间无轴向间隙地与凹槽或径向槽35轴向接合。沿径向内侧方向凸出的第二凸起44可朝每个半套40a，40b的轴向内侧端形成且可具有横向表面45，其轴向相对第二径向台肩表面35。每个半套在其轴向外端之一还可具有径向端表面46，其可与法兰22的轴向内侧表面25相邻接。在第一和第二凸起43，44之间，每个半套40a，40b径向内侧表面可具有圆柱部47，其与轮毂20的较厚部31的外圆柱表面的一部分相适应。
法兰圈的装配仅仅不同于之前所述的过程，实质上是，将图10的套装置安装到轮毂20的圆柱部21上，两个半套40a，40b简单地绕圆柱部21安装，使得它们相应的凸起43和44在凹槽35和33中接合。这样，两个半套40a，40b的内端部50凸起超过轮毂20的圆柱部21的径向端表面29。在图10的实施例中，装配的套装置40具有两个直径方向上相对的纵向切口或不连续48。
接下来，具有用于相应列滚动接触元件的相应内滚道的两个轴承圈14，15绕两个半套所安装。
优选地，套装置40或两个半套40a，40b可包括由轴承钢，如G55或G70钢制成，其具有较好的机械加工性能，尤其是具有较好的延性的特性。
在图11所示的实施例，环形间隔件18轴向***在轴承圈14和15中。
在图12所示实施例，法兰53从套装置40的径向外端在径向外侧方向延伸，且轴向***轮毂的法兰22和轴向外轴承圈15之间。该实施例具有其它的优点，还提供在轴承圈的外侧(轴向外侧)上钢与钢的交互从而在整个过程中具有较好的轴向预载保持。
尽管上面详细描述了优选实施例，应当理解的是，许多轮毂单元可以与上面所示和所描述的不同，例如，关于在轮毂和套或半套之间形成连接形式的表面的位置及形状。已经描述了本发明的各个方面和实施例。应当理解每个实施例可与任何其它实施例结合。而且本发明不限制于所描述的实施例，而应当在所附权利要求和其法律等效方式的范围内是可以变化的。

Claims (21)

1.一种具有一体轴承圈的轮毂单元，所述单元(10)包括：
轮毂(20)，其由第一材料制成且形成单体件：
圆柱部(21)，其轴向延伸，
法兰(22)，从该圆柱部(21)的轴向外侧端(23)径向向外延伸，以及
至少一个径向凹槽(32)，其具有与该法兰相对的表面；
第一(15)和第二轴承圈(14)，其由不同于第一材料的第二材料制成，该轴承圈轴向对齐安装在该圆柱体(21)***，其中该第二轴承圈(14)相对于该第一轴承圈轴向向内且提供相对于轴向内侧方向的端表面(16)；
套锁止装置(40)，其径向***该轮毂的该圆柱部(21)和所述轴承圈(14，15)之间，所述套锁止装置提供：
至少一个保持部(43)，其在径向向内方向上凸出且与该轮毂的该径向凹槽相接合，
轴向内端边缘(17)，其在径向外侧方向上塑性变形与该第二轴承圈(14)的该端面(16)相对，以及
至少一个切口(48)，其沿所述锁止套装置轴向延伸。
2.如权利要求1所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)包括具有所述切口(48)的单体管状元件。
3.如权利要求2所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)具有两个相对的轴向端(51，52)，并且所述切口(48)沿整个套锁止装置从一个轴向端(51)延伸至相对的轴向端(52)，从而所述套锁止装置(40)被布置成一个开环。
4.如权利要求2所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)具有两个相对的轴向端(51，52)，并且所述切口(48)从该两个轴向端的第一个(51)延伸而不到达与该第一个相对的该第二轴向端(52)，从而所述第二轴向端在圆周方向连续。
5.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)具有两个相对的轴向端(51，52)，并且进一步地具有第二切口，其从该两个轴向端的第一个(51)延伸而不到达与该第一个相对的该第二轴向端(52)。
6.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)具有两个相对的轴向端，除第一切口外，还具有第二切口，其沿所述锁止套装置轴向延伸，且其中两个切口每个都从一个轴向端延伸到相对的轴向端，从而所述套锁止装置由两个部件(40a，40b)组成，它们绕该轮毂的该圆柱体(21)一起延伸大致互补的弧度。
7.如权利要求6所述的轮毂单元，其中所述两个部件(40a，40b)组成套锁止装置(40)，它们每个都具有180度或稍小于180度的角度延伸形成半套形状。
8.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中制作该轮毂(20)的该第一材料可选自如下材料：铝，铝合金，金属基体组合物，聚合物，加强纤维聚合物，碳纤维加强树脂。
9.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中制作该轴承圈(14，15)的该第二材料是轴承级钢或陶瓷材料。
10.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)由钢制成。
11.如权利要求10所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)由轴承级钢制成。
12.如权利要求10或11所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)由G55或G70不锈钢制成。
13.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中该轮毂的该圆柱部(21)具有径向外表面(30)，该径向外表面具有径向厚部(31)，其与该法兰(22)通过具有与所述法兰相对的该表面(34)的该径向凹槽(32)轴向间隔。
14.根据权利要求13所述的轮毂单元，其中该圆柱部(21)具有在一个轴向内端(28)上的径向端面(29)，并且其中通过具有与该法兰(22)相对远离的表面(36)的第二径向凹槽(33)，所述径向厚部(31)与所述轴向内端(28)轴向间隔。
15.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)具有内圆柱腔(42)，从轴向截面看，其轮廓与该轮毂的该圆柱部(21)的外轮廓一致。
16.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)通过形状耦合或几何连接而与该轮毂的该圆柱部(21)相连接。
17.如之前任一权利要求所述的轮毂单元，其中所述套锁止装置(40)形成法兰(53)，其从所述套锁止装置(40)的轴向外端径向向外延伸，且其中所述套锁止装置(40的该法兰(53)轴向***和夹紧在该轮毂的该法兰(22)和该第一轴承圈(15)之间。
18.一种制造如之前任一权利要求所述的具有一体轴承圈的轮毂的方法，所述方法包括如下步骤：
a1)提供轮毂(20)，其由第一材料制成且形成单体件：
-圆柱部(21)，其轴向延伸，
-法兰(22)，从该圆柱部(21)的轴向外侧端(23)径向向外延伸，以及
-至少一个径向凹槽(32)，其具有与该法兰相对的表面；
a2)提供套锁止装置(40)，其包括：
外圆柱表面(41)，
在径向向内方向上凸出的至少一个保持部(43)以及沿所述套锁止装置(40)轴向延伸的至少第一切口(48)；
b)在该轮毂的该圆柱部(21)的***装配所述套锁止装置(40)，使该保持部(43)与该轮毂的该径向凹槽(32)接合，
c)装配由与第一材料不同的第二材料制成的第一(15)和第二轴承圈(14)，其在所述套锁止装置(40)的外圆柱表面(41)周围轴向对齐，从而该第二圈(14)轴向上在该第一圈的内侧且提供与径向内侧方向相对的端面(16)；
d)所述套锁止装置(40)的内端部(50)塑性变形，在径向外侧方向与该第二轴承圈(14)的端面(16)相对，从而形成塑性变形边缘(17)，其朝该轮毂的该法兰(22)轴向锁止和预加载该第一和第二轴承圈(15，14)。
19.如权利要求18所述的方法，其中装配步骤b)包括：
b1)弹性加宽所述锁止装置，通过将该切口(48)的两个相对的边缘(49a，49b)相互移开或分开。
20.如权利要求19所述的方法，其中加宽的步骤b1)伴随着装配弹性变形的套锁止装置(40)，朝该法兰(22)沿轴向向外方向(A)移动，然后释放所述套锁止装置以允许套锁止装置的该保持部(43)与该轮毂的该径向凹槽(32)接合的步骤。
21.如权利要求18所述的方法，其中提供套锁止装置(40)的步骤a2)包括最初提供两个套部件或元件(40a，40b)，它们一起延伸大致互补的弧度从而限定所述套锁止装置(40)，
其中，每个部件或元件(40a，40b)具有
外表面(41)，其限定外圆柱表面的部分，以及
至少一个保持部(43)，其径向向内凸出，
而且其中在该轮毂的该圆柱部(21)的***装配所述套锁止装置(40)的步骤b)包括：
彼此径向越来越近地移动所述套锁止装置的两个部分或元件(40a，40b)，从而使得相应的保持部(43)与该轮毂的该径向凹槽(32)相接合。
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