SE502189C2 - Wheel spindle for heavy motor vehicle - comprises forged axle pin unit with fixed flange and cast spindle unit - Google Patents

Abstract

The wheel spindle consists of a forged axle pin unit (10) with a fixed flange (23) and a cast spindle unit (9) to which the fixed flange is screwed. Flanges (20) for fixing parts of a brake mechanism, pref. a brake yoke, to a disc brake are cast in one piece with the spindle unit.

Description

15 20 25 30 35 502 189 2 att axeltappenheten är en separat, smidd enhet och att spind- elenheten och axeltappenheten är sammanfogade med varandra. 15 20 25 30 35 502 189 2 that the shaft pin unit is a separate, forged unit and that the spindle unit and the shaft pin unit are joined together.

Uppfinningen bygger på insikten om att de mekaniska påkän- ningarna på axeltappen är sådana, att den av hållfasthets- tekniska skäl bör smidas, men att påkänningarna på spindel- enheten och bärorganen för bromsmekanismen (mellanflänsen) medger gjutning av dessa komponenter. Axeltappen har okompli- cerad form och kan smidas relativt enkelt medan de i ett stycke med varandra utformade delarna (spindelenhet och bromsbärare) kan ges mycket komplicerad form vid gjutningen.The invention is based on the insight that the mechanical stresses on the shaft journal are such that it should be forged for reasons of strength, but that the stresses on the spindle unit and the support means for the brake mechanism (intermediate flange) allow casting of these components. The shaft journal has an uncomplicated shape and can be forged relatively easily, while the parts formed in one piece with each other (spindle unit and brake carrier) can be given a very complicated shape during casting.

Slutresultatet blir en spindelanordning som kan framställas av billigare material och med mindre materialspill. Samtidigt kan enkelt en konstruktion erhållas, som är styvare än den kända smidda spindelenheten, som har separat mellanfläns för bromsmekanismen.The end result is a spindle device that can be made of cheaper materials and with less material waste. At the same time, a construction can be easily obtained which is stiffer than the known forged spindle unit, which has a separate intermediate flange for the brake mechanism.

Den ökade styvheten som kan uppnås hos den gjutna spindel- enheten medför särskilda fördelar tillsammans med skivbromsar och i en föredragen utföringsform av spindelanordningen enligt uppfinningen innefattar nämnda bärorgan för broms- mekanismen ett par med borrningar försedda fästflänsar, vid vilka ett bromsok till en skivbroms är avsett att fastskruvas medelst i borrningarna upptagna skruvar.The increased rigidity that can be achieved with the cast spindle unit entails special advantages together with disc brakes and in a preferred embodiment of the spindle device according to the invention said support means for the brake mechanism comprise a pair of bore flanges provided with a brake caliper for a disc brake. to be screwed in by means of screws included in the bores.

I en skivbroms appliceras bromskraften på skivan vanligen asymmetriskt av bromsklotsarna till skillnad från bromsback- arna i en trumbroms, vilka vanligen applicerar bromskraften något så när symmetriskt mot truman. De av snedbelastningen på en bromsskiva för tunga fordon uppträdande krafterna kan blir så stora (vid bromsmoment upp till 2000 kp), att det är svår t att vid användning av en smidd spindel hindra viss deformation av spindeln eller bärorganen för bromsmekanismen, så att oket och bromsskivan snedställs med åtföljande sned- slitage av skiva och bromsbelägg. Vid gjutning av spindel- enhet och bromsbärare kan enkelt en enhet åstadkomas, som är tillräckligt styv för att ta upp nämnda krafter utan risk för snedställning. 10 15 20 25 30 35 502 189 3 Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk perspektivvy av en utföringsform av en hjulspindelanordning enligt uppfinningen med tillhör- ande hjulnav och skivbroms, fig. 2 ett längdsnitt genom en spindelanordning motsvarande den i fig. 1, fig. 3 en detaljvy i perspektiv av en spindelenhet och en axeltappenhet, fig. 4 ett längdsnitt genom en tidigare känd spindelbult- lagring, och fig. 5 olika tvärsnittsformer hos en del av navpartiet och en central öppning i en bromsskiva.In a disc brake, the braking force on the disc is usually applied asymmetrically by the brake pads, unlike the brake shoes in a drum brake, which usually apply the braking force somewhat symmetrically to the drum. The forces appearing from the oblique load on a brake disc for heavy vehicles can become so great (at braking torques up to 2000 kp) that it is difficult to prevent some deformation of the spindle or the support means for the brake mechanism when using a forged spindle, so that the yoke and the brake disc is skewed with the accompanying skew wear of the disc and brake pads. When casting the spindle unit and brake carrier, a unit can easily be produced which is sufficiently rigid to absorb the said forces without risk of skew. The invention is described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a wheel spindle device according to the invention with associated wheel hub and disc brake, Fig. 2 a longitudinal section through a spindle device corresponding to that in Fig. 1, Fig. 3 a detailed view in perspective of a spindle unit and a shaft pin unit, Fig. 4 a longitudinal section through a previously known spindle bolt bearing, and Fig. 5 different cross-sectional shapes of a part of the hub portion and a central opening in a brake disc.

I fig. 1 och 2 betecknar 1 en ytterände av en stel framaxel till en lastbil. Axeländen 1 uppvisar en konisk borrning 2, i vilken en spindelbult 3 är fixerad. Spindelbulten 3 är vid sina övre och nedre ändar lagrade i lager 4 och 5, som är upptagna i övre och nedre borrningar 6 resp. 7, i en ge- nerellt med 8 betecknad hjulspindel, som innefattar en spind- elenhet 9 och en axeltappenhet 10, pä vilken ett hjulnav 11 är lagrat i yttre och inre lager 12 resp. 13. Navet 11 uppbär en bromsskiva 14 och spindelenheten 9 ett bromsok 15, vilket griper över skivan (fig. 1).In Figs. 1 and 2, 1 denotes an outer end of a rigid front axle of a truck. The shaft end 1 has a conical bore 2, in which a spindle bolt 3 is fixed. The spindle bolt 3 is mounted at its upper and lower ends in bearings 4 and 5, which are accommodated in upper and lower bores 6 and 6, respectively. 7, in a wheel spindle generally denoted by 8, which comprises a spindle unit 9 and a shaft pin unit 10, on which a wheel hub 11 is mounted in outer and inner bearings 12 and 7, respectively. 13. The hub 11 carries a brake disc 14 and the spindle unit 9 a brake caliper 15, which grips over the disc (Fig. 1).

Såsom särskilt framgår av fig. 3 är spindelenheten 9 och axeltappenheten 10 bildade av tvâ separata delar. Spindel- enheten 9 är en gjuten enhet, som uppvisar ett ringformigt parti 16 med periferiellt fördelade gängade borrningar 17 och med övre och nedre plana partier 18 resp. 19, som uppvisar nämnda övre och undre borrningar 6 resp. 7 för lagren 4 och 5. Ett par flänsar 20 är gjutna i ett stycke med det ring- formiga partiet 16 och är anordnade symmetrisk med avseende på den övre borrningen 6 och således med avseende på spindel- 10 15 20 25 30 35 502 189 4 bulten 3. Flänsarna 20 tjänstgör som bärare av bromsoket 15 (fig. 1) och uppvisar borrningar 21, i vilka skruvar som håller bromsoket 15 är iskruvade.As can be seen in particular from Fig. 3, the spindle unit 9 and the shaft pin unit 10 are formed by two separate parts. The spindle unit 9 is a cast unit, which has an annular portion 16 with circumferentially distributed threaded bores 17 and with upper and lower flat portions 18 and 18, respectively. 19, which has said upper and lower bores 6 and 6, respectively. 7 for the bearings 4 and 5. A pair of flanges 20 are cast in one piece with the annular portion 16 and are arranged symmetrically with respect to the upper bore 6 and thus with respect to the spindle 10 15 20 25 30 35 502 189 4 bolt 3. The flanges 20 serve as carriers of the caliper 15 (Fig. 1) and have bores 21, in which screws holding the caliper 15 are screwed in.

Axeltappenheten 10 är en smidd enhet som består av själva axeltappen 22 och i en i ett stycke med denna smidd cirkulär fläns 23 med borrningar 24. Medelst skruvar 25 i borrningarna 17 och 24 fixeras axeltappenheten på spindelenheten 9.The shaft pin unit 10 is a forged unit consisting of the shaft pin 22 itself and in one piece with this forged circular flange 23 with bores 24. By means of screws 25 in the bores 17 and 24 the shaft pin unit is fixed on the spindle unit 9.

I fig. 4 visas en konventionell spindelbultlagring vid vilken ett koniskt axiallager 30 är upptaget i hjulspindelns 8 övre borrning 6. Spindelbulten 3 är axiellt fixerad mot lagret medelst en bricka 31 och en kronmutter 32 och hänger således i lagret 30. I den nedre borrningen 7 är spindelbulten lagrad i ett radiellt glidlager 33. Det övre lagret 30 och spindel- bultänden med kronmuttern 32 är täckta av en sfärisk kåpa 34.Fig. 4 shows a conventional spindle bolt bearing in which a conical thrust bearing 30 is received in the upper bore 6 of the wheel spindle 8. The spindle bolt 3 is axially fixed to the bearing by means of a washer 31 and a crown nut 32 and thus hangs in the bearing 30. In the lower bore 7 the spindle bolt is mounted in a radial plain bearing 33. The upper bearing 30 and the spindle bolt end with the crown nut 32 are covered by a spherical housing 34.

Hos hjulspindeln enligt uppfinningen är spindelbultlagringen omvänd, såsom framgår av fig. 2. Ett koniskt axiallager 5 är här upptaget i den nedre borrningen 7 och fixerat axiellt av ett mot spindelenhetens 9 nedre plana parti 19 fastskruvat lock 41. Ett radiellt glidlager 4 är upptaget i den övre borrningen 6, som i sin tur är täckt av ett i huvudsak plant lock 43. Genom att på detta sätt vända spindelbultlagringen kan spindelbulten sänkas och den ovanför spindelbulten an- ordnade kåpan 34 (fig. 4) elimineras. Detta gör det möjligt att placera bromsoket 15 symmetriskt ovanför spindelenheten, vilket medför väsentliga fördelar vid montering och service.In the wheel spindle according to the invention, the spindle bolt bearing is inverted, as shown in Fig. 2. A conical axial bearing 5 is here accommodated in the lower bore 7 and fixed axially by a lid 41 screwed towards the lower flat portion 19 of the spindle unit 9. the upper bore 6, which in turn is covered by a substantially flat cover 43. By turning the spindle bolt bearing in this way, the spindle bolt can be lowered and the cover 34 (Fig. 4) arranged above the spindle bolt can be eliminated. This makes it possible to place the caliper 15 symmetrically above the spindle unit, which entails significant advantages during assembly and service.

Navet ll är vid den i fig. 2 visade utföringsformen lagrat på axeltappen 22 i en yttre lagring 12 innefattande två koniska rullager för upptagande av såväl radiella som axiella laster.In the embodiment shown in Fig. 2, the hub 11 is mounted on the shaft pin 22 in an outer bearing 12 comprising two conical roller bearings for receiving both radial and axial loads.

Vid sin inre ände är navet lagrat i ett rullager 13 för upp- tagande av radiella laster. Detta lager är anordnat mellan en yttre lageryta 53 på navet 11 och en inre lageryta 54, som är svarvad i en fläns 55, vilken är gjuten i ett stycke med spindelenheten 9. I detta avseende skiljer sig utförandet av spindelenheten 9 i fig. 2 från det i fig. 3, där spindel- enheten saknar motsvarande fläns p g a att navet här är 10 15 20 25 30 35 so2i1s9j 5 avsett att lagras vid sin inre ände på konventionellt sätt, d v s via ett mellan axeltappen och en inre yta på navet inpressat lager.At its inner end, the hub is mounted in a roller bearing 13 for receiving radial loads. This bearing is arranged between an outer bearing surface 53 of the hub 11 and an inner bearing surface 54, which is turned in a flange 55, which is cast in one piece with the spindle unit 9. In this respect, the design of the spindle unit 9 in Fig. 2 differs from that in Fig. 3, where the spindle unit lacks a corresponding flange because the hub here is intended to be mounted at its inner end in a conventional manner, i.e. via a bearing pressed between the shaft pin and an inner surface of the hub. .

I stället för att på konventionellt sätt fixera en bromsskiva på ett hjulnav genom att skruva fast skivan på en fläns på navet är vid det i fig. 2 visade spindelarrangemanget en skiva 14 ovridbart förbunden med navet genom en formlåsning.Instead of fixing a brake disc on a wheel hub in a conventional manner by screwing the disc onto a flange on the hub, in the spindle arrangement shown in Fig. 2 a disc 14 is inextricably connected to the hub by a mold locking.

För detta ändamål uppvisar navet ett centralt parti “a“, som har ett från en cirkel avvikande tvärsnitt. I fig. Sa-e visas ett antal möjliga tvärsnittsformer hos partiet “a”, som kan karaktäriseras som polygoner med "avrundade hörn". Broms- skivan 14, som består av en skivdel 61 med friktionsytor och en inre navdel 62, har i den senare en central öppning 63 med sama form som tvärsnittet hos partiet "a" och anpassat till detta, så att glidpassning råder mellan skivan och hjulnavet.For this purpose, the hub has a central portion "a", which has a cross section deviating from a circle. Figs. Sa-e show a number of possible cross-sectional shapes of the portion "a", which can be characterized as polygons with "rounded corners". The brake disc 14, which consists of a disc part 61 with friction surfaces and an inner hub part 62, has in the latter a central opening 63 with the same shape as the cross section of the portion "a" and adapted thereto, so that sliding fit prevails between the disc and the wheel hub .

Skivans rörelse i axialled begränsas på ena sidan av en an- slagsyta 64 på hjulnavet och på andra sidan av en låsring 65 i ett spår 66. Det i fig. 2 visade inre lagerarrangemanget medger vid en dylik formlåsning av skivan större material- mängd i radiell led hos hjulnav och skivnav och därigenom större hållfasthet i förbindelsen än ett konventionellt lagerarrangemang och tillåter därigenom även större skillnad mellan polygonens största och minsta radie rl, resp. r2, med mindre risk för fastlåsning mellan delarna. Den beskrivna formlåsningen möjliggör reducering av spänningar och de- formation vid den kraftiga upphettning som uppstår vid broms- ning jämfört med det skruvförband som används i konventio- nella skivbromsar för lättare fordon. Eventuellt kan skivan anordnas med visst spel mellan sig och anslagsytan 64 och en axiellt verkande fjäder placeras mellan skivan och ytan 64.The axial direction of the disc is limited on one side by an abutment surface 64 on the wheel hub and on the other side by a locking ring 65 in a groove 66. The inner bearing arrangement shown in Fig. 2 allows in such a form locking of the disc a larger amount of material in radial joint of wheel hub and disc hub and thereby greater strength in the connection than a conventional bearing arrangement and thereby also allows greater difference between the largest and smallest radius r1, resp. r2, with less risk of locking between the parts. The described form locking makes it possible to reduce stresses and deformation during the heavy heating that occurs during braking compared with the screw connection used in conventional disc brakes for lighter vehicles. Optionally, the disc may be provided with some play between it and the abutment surface 64 and an axially acting spring placed between the disc and the surface 64.

Härigenom ges stor frihet till axiell anpassning samtidigt som risk för slamer elimineras.This gives great freedom to axial adaptation while eliminating the risk of slams.

Uppfinningen har i det föregående i sin helhet beskrivits med hänvisning till ett föredraget skivbromsutförande. Även om en spindelanordning bestående av en smidd axeltappenhet och en med bromsadapter utformad, i ett stycke gjuten spindelenhet medför särskilda fördelar tillsammans med skivbromsar, är det 10 'soz 189 6 uppenbart att en sådan spindelanordning med lämplig modifier- ing av bromsadaptern även kan användas för trumbromsar för att även i sådana möjliggöra reducering av framställninga- kostnaden jämfört med kostnaden för smidda spindlar.The invention has been described in its entirety above with reference to a preferred disc brake design. Although a spindle device consisting of a forged shaft pin unit and a one-piece spindle unit formed with a brake adapter offers special advantages together with disc brakes, it is obvious that such a spindle device with suitable modification of the brake adapter can also be used for drum brakes to enable the production cost to be reduced compared to the cost of forged spiders, even in such cases.

Bromsskiktet är i det beskrivna utförandet anordnat sym- metriskt med avseende på spindelbulten, men man kan givetvis tänka sig en viss förskjutning från symmetriläget. Det väs- entliga är att en större eller mindre del av bromsoket efter behov kan tillåtas skjuta in över spindelbultens övre ände.In the described embodiment, the brake layer is arranged symmetrically with respect to the spindle bolt, but one can of course imagine a certain displacement from the symmetry position. The essential thing is that a larger or smaller part of the caliper can be allowed to slide in over the upper end of the spindle bolt as required.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 502 189 7 gatentkrav10 15 20 25 30 35 502 189 7 gatentkrav 1. Spindelanordning för ett odrivet, styrbart fordonshjul för tyngre motorfordon med stel hjulaxel, innefattande dels en spindelenhet (9) med ett par på axiellt avstånd från varandra belägna och med varandra axiellt inriktade borrningar (21) för upptagande av en spindelbult (3) och med organ anordnade att bära delar av en bromsmekanism (15) och dels en axeltapp- enhet (10), vilken är fixerad med spindelenheten och på vilken ett hjulnav (11) är avsett att lagras, kännetecknad av att spindelenheten (9) med tillhörande bärorgan (20) för bromsmekanismen (15) är en gjuten enhet, att axeltappenheten (10) är.en separat, smidd enhet och att spindelenheten och axeltappenheten är sammanfogade med varandra.A spindle device for a non-driven, steerable vehicle wheel for heavier motor vehicles with a rigid wheel axle, comprising on the one hand a spindle unit (9) with a pair of axially spaced apart and axially aligned bores (21) for receiving a spindle bolt (3) and with means arranged to support parts of a braking mechanism (15) and on the other hand a shaft journal unit (10), which is fixed to the spindle unit and on which a wheel hub (11) is intended to be stored, characterized in that the spindle unit (9) with associated support means (20) for the brake mechanism (15) is a molded unit, that the shaft pin unit (10) is a separate, forged unit and that the spindle unit and the shaft pin unit are joined together. 2. Spindelanordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda bärorgan för bromsmekanismen innefattar ett par med borr- ningar (21) försedda fästflänsar (20), vid vilka ett bromsok (15) till en skivbroms är avsett att fastskruvas medelst i borrningarna upptagna skruvar.Spindle device according to claim 1, characterized in that said support means for the brake mechanism comprises a pair of mounting flanges (20) provided with bores (21), at which a brake caliper (15) for a disc brake is intended to be screwed by means of screws received in the bores. 3. Spindelanordning enligt krav 2, kännetecknad av att fäst- flänsarna (20) är utformade på ömse sidor om en övre borrning (6) för spindelbulten (3) - sett i hjulets rotationsplan - för fixering av bromsoket (15), i ett läge ovanför nämnda övre borrning.Spindle device according to claim 2, characterized in that the mounting flanges (20) are formed on either side of an upper bore (6) for the spindle bolt (3) - seen in the plane of rotation of the wheel - for fixing the brake caliper (15), in one position above said upper bore. 4. Spindelanordning enligt krav 3, kännetecknad av att spin- delbulten (3) är lagrad i den övre borrningen (6) i ett radiallager (4) och i en nedre borrning (7) i ett radial- och axiallager (5) och att dess övre ände ligger i plan med eller under borrningens övre ände.Spindle device according to claim 3, characterized in that the spindle bolt (3) is mounted in the upper bore (6) in a radial bearing (4) and in a lower bore (7) in a radial and axial bearing (5) and that its upper end is flush with or below the upper end of the bore. 5. Spindelanordning enligt krav 4, kännetecknad av att spin- delbulten (3) är lagrad i ett övre glidlager (4) och i ett nedre koniskt rullningslager (5). 10 15 502 189 8Spindle device according to Claim 4, characterized in that the spindle bolt (3) is mounted in an upper sliding bearing (4) and in a lower conical roller bearing (5). 10 15 502 189 8 6. Spindelanordning enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av att bromsoket (15) är fixerat symmetriskt med avseende på spindelbulten (3).Spindle device according to Claim 3 or 4, characterized in that the brake caliper (15) is fixed symmetrically with respect to the spindle bolt (3). 7. Spindelanordning enligt något av kraven 2-6 med ett på axeltappen lagrat hjulnav, kännetecknad av att hjulnavet (11) har ett utvändigt parti (a) med ett icke-cirkulärt tvärsnitt och att en av hjulnavet på nämnda parti uppburen bromsskiva (14) har en central öppning (63) med till nämnda icke-cirku- lära tvärsnitt anpassad form för vridfast låsning av broms- skivan på navet.Spindle device according to any one of claims 2-6 with a wheel hub mounted on the axle pin, characterized in that the wheel hub (11) has an outer portion (a) with a non-circular cross section and that a brake disc (14) supported by the wheel hub on said portion has a central opening (63) with a shape adapted to said non-circular cross-section for rotatably locking the brake disc on the hub. 8. Spindelanordning enligt krav 7, kännetecknad av att nämnda icke-cirkulära tvärsnitt har formen av en polygon med avrun- dade hörn (fig. 5).Spindle device according to claim 7, characterized in that said non-circular cross-section has the shape of a polygon with rounded corners (Fig. 5).