CN1856658A - 轴承环和车轮轴承单元 - Google Patents

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Abstract

创造一种冷压成形的轴承环(2)和带有这种轴承环(2)的车轮轴承单元(1)，其中在轴承环(2)上形成一径向环形槽(16)。

Description

轴承环和车轮轴承单元
技术领域
本发明涉及一种车轮轴承单元的轴承环，它由冷压加工成形的板材整体制成，以及一种带有这种轴承环的车轮轴承单元。
背景技术
US 3,757883指出一种车轮轴承单元，其中内外轴承环由板材冷压成型。轴承环做成绕车轮轴承单元旋转轴线的空心圆柱形，并分别具有两条用于滚动体的滚道。轴承外环在其背向滚道的一侧上具有一径向朝外的法兰，车轮轴承用它固定在汽车一侧上。轴承内环配备一同样朝向定向的连接法兰，在它上面固定制动盘以及通过轴承内环带动的车轮。滚道至少部分径向加深地加工在相应的轴承环内，并通过凸肩相互隔开。双列角接触球轴承的滚道在从滚道径向向外伸出的凸肩上出发。
由板材无切屑加工成的轴承环做得非常结实。这对在汽车上非弹性支承的重量的总体平衡起不利影响。此外由于其壁厚的原因轴承环比较刚硬，因此排除了轴承环也许希望的弹性退让。这种轴承结构由于轴承环高的刚性而特别难以无间隙地预紧。
发明内容
因此本发明的目的是，创造一种用于车轮轴承单元的轴承环，借其装到车轮轴承单元内避免上面所说的缺点。
这个目的按权利要求1的内容实现。车轮轴承单元的轴承环基本上由成形的板材整体制成。因此轴承环的造型及其所有结构元素仅仅通过成形加工制成。与无切屑加工的范围相比切断或切削加工限制在很小的加工范围内。因此通过切割或冲孔仅仅从成型件去除多余的材料：边缘、毛刺等等。切削加工有时仅仅通过精加工如磨削、研磨或抛光来后续加工滚道。冷压加工是指这样的成形加工方法，即可通过延展或镦锻、扩张或收缩并在这时产生原材料的塑性变形而不切除材料地制造空心轴承环的轮廓。这些方法例如是拉伸、深拉、滚压、挤压和上述方法的组合。
采用例如管材和板材作为制造本发明的轴承环的毛坯。管材毛坯通过扩展、滚压、收缩、镦锻和卷边边缘加工成完工的轴承环。按照本发明由板材制成的轴承环通过拉伸和上述其他方法或其组合制造。优选的材料是可冷成形的轴承材料，例如100Cr6或所有合适的深拉钢。
轴承环具有以下通过冷成形产生的结构元素：
-一做成绕车轮轴承单元旋转轴线的空心圆柱形基体，
-至少两条用于滚动体的滚道，
-至少一个从轴承环相对于旋转轴线径向伸出的法兰，其中法兰与轴承环的板材做成一体，
-一凸缘，其中凸缘沿轴向在滚道之间绕旋转轴线延伸。凸缘同样由轴承环材料一体构成，并在滚道之间朝向旋转轴线或背离旋转轴线径向突起。
-一环形槽，环形槽在轴承环的背离滚道的圆周一侧径向邻接凸缘。它与凸缘径向相同定向地或者从内向外凹入轴承环内或者径向从外向内凹入轴承内环内地成形。
设计成这样的轴承环由于起卸荷槽作用的环形槽沿滚动体载荷方向是弹性的，并由于由无切屑加工产生的材料的规则纹理承载能力是特别强的。此外这种轴承环的特征是重量轻，因为采用壁厚或板厚小的原材料。原材料的壁厚或板厚最好在2.4至5mm范围内。轴承环可选择地设计成轴承外环或内环，但是用本发明优选做成轴承外环。
在下一章节“具体实施方式”中详细说明轴承环的其他结构。
用本发明设想一种具有至少一个按本发明的轴承环的车轮轴承单元。车轮轴承单元具有一尤其是O型结构的双列角接触球轴承。本发明的车轮轴承单元设计有至少一个本发明的轴承环以及一与轴承环同心设置的支承环以及设置在支承环和轴承环之间的滚动体列。滚动体是滚珠。其中不仅轴承环而且支承环各自可选择地具有两条用于滚珠的滚道。二者择一地，车轮轴承单元附加地配备一法兰环，它接纳带一滚道的支承环并在它上面直接形成另一滚道。
附图说明
在图1至7中详细说明本发明的其他结构以及本发明的一种实施形式。附图中：
图1本发明轴承环的总视图，
图2图1中轴承环的正视图，
图3图1中轴承环沿图2中II-II线的纵剖视图，
图4本发明车轮轴承单元的纵剖视图，它在汽车一侧是至少不可旋转的，
图5本发明轴承环另一个实施例的纵剖视图，
图6图5中轴承环的细部X的放大图，以及
图7图5中轴承环的细部Y的放大图。
具体实施方式
图4表示一按本发明的带一轴承环2的用于驱动的和转向的车轮的车轮轴承单元1。作为另一种选择按本发明的轴承环和车轮轴承单元也可以用于非驱动轮和/或非转向轮。此外车轮轴承单元1具有一法兰环3、一支承环4、两列滚珠形式的滚动体5、和密封件6和7。每列滚动体5分别用一保持架8保持和引导。
车轮轴承单元1通过做成外环的轴承环2固定在孔9内。为此轴承环2压配在孔9内，并径向这样地弹性收缩，使车轮轴承单元1受到预紧。这里滚动体5仅仅一侧在轴承环2内圆周侧支承在滚道10和11上，在另一个方向支承在滚道12和13上。滚道12做在支承环4上。滚道13加工在法兰环3上。滚道11和12及10和13分别朝车轮轴承单元1的旋转轴线1a方向相互错开设置，并至少部分在一至少在两列滚动体5之间从轴承环2径向突起的凸缘2a上形成。
滚动体5的各列相互按所谓的O型结构设置。在O型结构中接触线A与相应列的旋转轴线1a的交点相互轴向远离。对于这种结构压力角α设置在20°至45°范围内(图3、图4)。这里压力角α是指滚动体5和滚道10和13及11和12之间的两个接触点B和C之间的连线A与假想的径向平面R″的夹角。此外还应该注意，滚动体5并不是点状支承在相应的滚道10、11、12或13上，而是至少在负荷下紧密地贴靠在滚道10、11、12或13内。因此滚道10、11、12或13配备仅仅略大于滚动体5的滚珠半径K的沟道半径R。这个在专业领域称为“密切率”的沟道半径R与滚珠半径K之[比]对于外环(在这种情况下即轴承环2上的滚道10和11)最好为[1.055:1]；而在内滚道12和13上，在所述情况下在支承环4和法兰环3上为[1.035:1]。因此在密切时接触点B和C就是滚动体和滚道之间的接触面或支承面的中点，它们被也称为“接触线”的连线A穿过。
法兰环3相对于固定在汽车上的轴承环2可绕旋转轴线1a旋转地设置，并在这时带动支承环4。支承环4借助于法兰环的一紧靠在支承环4上的卷边形凸缘3a至少轴向固定在法兰环3上。从法兰环3上径向伸出一连接法兰3b，通常制动盘以及车轮的轮辋固定在它上面。法兰环3是受驱动的，为此在其内圆周上具有一细牙花键14，这里未详细画出的一受驱动的驱动元件15形锁合地嵌到此细牙花键上。
轴承环2径向外侧配备一环形槽16(参见图3)。环形槽16在径向外侧连接在凸缘2a上。本发明还设想这样的结构，其中环形槽16径向延伸直到凸缘2a内，甚至部分径向延伸直到两列滚动体5之间。轴承环2由于环形槽16沿以连接线A的走向表征的支承方向可弹性地***。轴承环2的材料在负荷下在滚道10和11区域内朝环形槽16方向弹性变形，因为轴承环2在这个部位由于环形槽16在轴承环2的安装孔内径向不受支承。这不仅对于在装配时车轮1的弹性预紧而且对于在汽车运行时的车轮轴承单元1都是有利的，因为由于在滚动接触中短时间的点状应力高峰避免过载。
环形槽16在轴承环2上通过轴承环2朝旋转轴线方向向凸缘2a颈缩形成。凸缘2a从环形槽16的径向最低点P(图3)出发在径向厚于原材料的壁厚/板厚，其中凸缘2a与法兰18反方向沿径向向内朝旋转轴线1a的方向。在凸缘2a内圆周上形成一朝半径方向的圆柱形外壳面17。凸缘2a在法兰一侧是用于各个滚道10和11的凸肩，并从轴承环2朝旋转轴线方向突出于滚道。轴承环2的壁厚在环形槽16和相应滚道10和11之间最厚的部位S处至少与原材料的壁厚/板厚一样厚。此外轴承环工具有一空心圆柱形部段20，其壁厚小于原材料的壁厚/板厚(图3)。
从轴承环2径向向外伸出一与轴承环2做成一体的法兰18。在法兰18上圆周侧加工出均匀的相互离开一定距离的通孔18a(图1和2)，如图4中所示，分别有一个螺钉(Bolzen)19穿过这些通孔。用螺钉19将轴承环2在圆周方向固定以防止微小运动，并在圆周侧以及轴向防止从孔9内移出。代替通过螺纹，螺钉19借助于压配合相对于车轮轴承单元1的周围结构固定。法兰18具有原材料的壁厚H。原材料的厚度或壁厚根据用于制造轴承的毛坯决定，并合并成一共同的概念“厚度”。采用板材或管材作为毛坯。“板厚”的概念对应于板材，“壁厚”的概念对应于管材原材料。
在图5中表示轴承环21的另一个实施例。轴承环21与法兰22做成一体。轴承环21在其内圆周上具有滚道10和11。滚道10和11部分地在一凸缘23上形成。因此凸缘23在两侧分别设有一用来支承滚动体5的凸肩。凸缘23朝旋转轴线21a方向径向向内突起，并具有一朝旋转轴线21a方向的圆柱形外壳面23a。凸缘23径向向外部连接一环形槽26。轴承环21沿轴向两侧分别转变成一轴向连接在滚道10和11上的空心圆柱形部段24和25。空心圆柱形部段24和25的径向最大壁厚t小于在环形槽26内的径向最低点P1和圆柱形外壳面23a之间的最小径向距离T。
通过滚道10和11延伸的接触线A穿过通过环形槽的轴向中心平面R″，并在它本身和平面R″之间夹一压力角α。凸缘23的与接触线A的走向同向的最小壁厚T1在滚道10和11区域内大于空心圆柱形部段24和25的最大径向壁厚t。接触线A在环形槽26内向外从轴承环23穿出。
空心圆柱形部段24通过棱边倒圆27转变成法兰22(图7)。棱边倒圆27在一圆环形平面28处出发。平面28被一从法兰23上轴向突出的凸起29在径向外部环形包围地限定。凸起29在平面28和三个在法兰22上加工出的法兰孔30之间径向延伸。法兰孔30是从至少另一个平面31出发的通孔。平面31或者如图6中所示与平面28位于同一平面内，或者与它平行地分布在另一个平面内。通孔在向平面31的过渡处分别设有倒角32。
                   图形标记表
1   车轮轴承单元                    17  外壳面
1a  旋转轴线                        18  法兰
2   轴承环                          18a 通孔
2a  凸缘                            19  螺钉
3   法兰环                          20  部段
3a  卷边形凸缘                      21  轴承环
3b  连接法兰                        21a 旋转轴线
4   支承环                          22  法兰
5   滚动体                          23  凸缘
6   密封件                          23a 外壳面
7   密封件                          24  部段
8   保持架                          25  部段
9   孔                              26  环形槽
10  滚道                            27  棱边倒圆
11  滚道                            28  平面
12  滚道                            29  凸起
13  滚道                            30  法兰孔
14  细牙花键                        31  平面
15  驱动元件                        32  倒角
16  环形槽

Claims (24)

1.一种车轮轴承单元(1)的轴承环(2，21)，它是冷压加工整体成形的，并且
-做成绕车轮轴承单元(1)的一旋转轴线(1a，21a)的空心圆柱形，
-具有至少两条用于滚动体(5)的滚道(10，11)，
-至少配备一个相对于旋转轴线(1a，21a)径向伸出的法兰(18、22)，
-具有一凸缘(2a，23)，其中凸缘(2a，23)轴向在滚道(10，11)之间绕旋转轴线(1a，21a)延伸，以及在滚道(10，11)之间从轴承环(2，21)径向突起，
-具有一环形槽(16，26)，其中环形槽(16，26)在轴承环(2，21)的一背离滚道(10，11)的圆周侧上径向邻接凸缘(2a，23)，并且环形槽(16，26)与凸缘(2a，23)径向相同定向地至少部分径向延伸到轴承环内。
2.按权利要求1的轴承环，它朝旋转轴线(1a，21a)方向向凸缘(2a，23)沿径向向内颈缩。
3.按权利要求1的轴承环，其中凸缘(2a，23)从环形槽(16，26)内的一径向最低点出发径向厚于厚度均匀的原材料。
4.按权利要求1的轴承环，它在凸缘(2a，23)的轴向两侧转变成空心圆柱形部段(20，24，25)，其中在凸缘(2a，23)两侧所述部段(24，25)之一分别邻接各一个滚道(10，11)。
5.按权利要求4的轴承环，其中凸缘(2a，23)从环形槽(16，26)内的一径向最低点出发径向厚于所述部段(20，24，25)的最大径向壁厚。
6.按权利要求1的轴承环，其中在滚道(10，11)之间凸缘(2a，23)具有一朝半径方向的圆柱形外壳面(17，23a)。
7.按权利要求6的轴承环，它在凸缘(2a，23)的轴向两侧转变成空心圆柱形部段(20，24，25)，其中在凸缘(2a，23)两侧所述部段(24，25)之一分别邻接各一个滚道(10，11)，其中部段(20，24，25)的径向最大壁厚小于圆柱形外表面(17，23a)和环形槽(16，26)的一径向最低点之间的最小径向距离。
8.按权利要求1的轴承环，其中凸缘(2a，23)分别具有一用于各滚道(10，11)的凸肩。
9.按权利要求8的轴承环，其中滚道(10，11)至少部分在凸缘(2a，23)上形成。
10.按权利要求8的轴承环，其中凸缘(2a，23)从轴承环(2，21)径向突出于滚道(10，11)。
11.按权利要求10的轴承环，具有通过滚道(10，11)延伸的假想接触线，这些接触线至少部分穿过一被旋转轴线(1a，21a)垂直穿过的假想平面，其中接触线相对于此平面倾斜一锐角压力角，并且此平面穿过环形槽(16，26)延伸。
12.按权利要求11的轴承环，它在凸缘(2a，23)的轴向两侧转变成空心圆柱形部段(20，24，25)，并且其中在凸缘(2a，23)两侧所述部段(24，25)之一分别邻接各一条滚道(10，11)，其中凸缘(2a，23)沿接触线方向的最小壁厚大于所述部段(24，25)的最大径向壁厚。
13.按权利要求10或12的轴承环，其中接触线穿过环形槽(16，26)。
14.按权利要求1或8的轴承环，它在环形槽(16，26)和至少一条所述滚道(10，11)之间在最厚部位至少与厚度均匀的原材料一样厚。
15.按权利要求1或8的轴承环，它在至少一个空心圆柱形部段(20，25)上具有一小于厚度均匀的原材料的径向壁厚。
16.按权利要求1的轴承环，它具有一在径向与轴承环(2，21)做成一体的、径向向外折弯的法兰(18，22)，其中法兰(18，22)设有绕旋转轴线(1a，21a)分布设置的法兰孔(18a，30)。
17.按权利要求16的轴承环，其中法兰(22)具有一圆环形平面(28)和一从法兰(22)伸出、轴向突出于平面(28)的、环绕旋转轴线(1a，21a)的凸起(29)。
18.按权利要求17的轴承环，其中凸起(29)径向在平面(28)和法兰孔(30)之间延伸。
19.一种带有按权利要求1所述的轴承环(2)的车轮轴承(1)，具有两列滚动体(5)，其中各一列分别与滚道(10，11)之一滚动接触，此外车轮轴承单元(1)具有至少一个支承环(4)，其中支承环(4)与轴承环(2)同心设置并与至少一列滚动体(5)滚动接触。
20.按权利要求19的车轮轴承单元(1)，具有一法兰环(3)，支承环(4)同心安装在它上面，其中法兰环(3)具有至少一个轴向与法兰(18)离开一定距离并径向与法兰相同定向的连接法兰(3b)。
21.按权利要求20的车轮轴承单元，它在法兰环(3)内具有一除滚道(10，11)以外的其他滚道，用来与一列滚动体(5)滚动接触。
22.按权利要求21的车轮轴承单元，其中支承环(4)借助于一从法兰环(3)上冷折弯的并且轴向紧靠在支承环(4)上的卷边形凸缘(3a)轴向固定在法兰环(3)上。
23.按权利要求19的车轮轴承单元，它至少借助于至少弹性变形的轴承环(2)是无间隙的。
24.按权利要求23的车轮轴承单元，其中法兰(18)具有至少一个轴向通孔(18a)，一螺钉(19)轴向穿过此通孔(18a)，并且轴承环(2)借助于螺钉(19)沿轴向和绕旋转轴线(1a)不可旋转地固定。
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