帶有轉子輪轂的輪轂軸承單元的製作方法

2023-12-05 06:29:11 4

本發明涉及一種輪轂軸承單元，其包括以轉子形式構造的輪轂。特別地，該單元在其內包括等速萬向節。所討論的單元適用於軸承的內圈可旋轉的應用，或者適用於機動車輛的驅動輪的應用。

背景技術：

從現有技術中已知應用於機動車輛的驅動輪的凸緣類型的輪轂軸承單元。例如，文獻ep2602123a1描述了一種用於機動車輛的車輪的輪轂軸承單元，其在這種情況下是不對稱的，包括可圍繞旋轉軸線旋轉的凸緣輪轂、固定到凸緣輪轂並且橫向於旋轉軸線放置的凸緣、徑向定位在凸緣輪轂的外側並且設置有彼此軸向間隔開的座圈的固定環、以及定位在固定環和凸緣輪轂之間的兩排滾動體(例如滾珠)。凸緣輪轂一體地形成用於軸向外部的成排滾珠的徑向內座圈，而用於軸向內部的成排滾珠的徑向內座圈形成在軸承的內圈上，徑向地和外部地安裝在凸緣輪轂上。

這種類型的實施例，特別是當用於在傳遞載荷方面要求的應用中時，在軸承的圈和滾動體之間產生相當大的局部載荷；此外，該實施例不能用於生產非常堅固或高度耐用的軸承。

最後，由於存在固定到凸緣輪轂並橫向於旋轉軸線的凸緣部分，並且還由於凸緣軸承和等速萬向節的軸向長度將在這些部件安裝在車輛上時彼此相對增加，因此通常具有大的軸向總體尺寸。

還應當記住，儘管機動車輛製造商需要持續改進軸承的性能，特別是在強度或至少剛性方面，但是它們還要求在產品中提供這樣的性能而不需要額外的成本，或者甚至以更低的成本。同時，機動車輛製造商旨在遵守持續降低co2排放的法定要求，越來越多地將車輛的重量視為一個基本參數。必須減小車輛的所有部件的重量。如果以部件重量的不可忽略的增加為代價，則軸承的強度的增加通常是不可接受的。還應該記住，許多製造商不再需要單獨的部件，而是需要預組裝的模塊，這對於安裝在汽車上更容易處理。

為了提高軸承的性能特別是強度，必須增加壓力中心之間的距離。這可以通過增加軸承滾動體中心的圓周的直徑(稱為節圓直徑)來實現。這樣的解決方案是已知的並且已經被開發以便在相當大程度上改進性能。增加節圓直徑具有的缺點是，體積且因此重量也隨著節圓直徑的值的平方而顯著增加。這種重量增加通常對於機動車輛製造商是不可接受的。

通過進一步增加滾動體中心圓周的直徑，可以進行另一種改進，使得等速萬向節可以裝配到軸承中，並且被稱為萬向節的罩(bell)的部分可以與輪轂也就是說與軸承的內圈集成。顯然，部件的集成使得能夠減小整個單元的重量和成本。通過還將軸承的小內圈與萬向節的罩集成在軸向內部位置，可以進一步減小重量和成本。換句話說，輪轂還用作軸承的單個內圈和等速萬向節的罩。

顯然，這些設計指導本身不足以開發具有相當大的強度而又輕且不增加成本的新型輪轂軸承單元。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用於機動車輛的驅動輪的輪轂軸承單元，其特徵在於強度和輕便性，而不會增加成本。

這不僅通過增加軸承滾動體中心的圓周的直徑，通過將等速萬向節裝配到軸承中並且將被稱為萬向節的罩的部分與輪轂(也就是說與軸承的內圈)集成，但最重要的是通過以提供具有高強度並結合有限重量的單元的方式設計整個單元的顯著尺寸來實現。

根據本發明，描述了一種具有所附獨立權利要求中所述特徵的輪轂軸承單元。

根據在所附從屬權利要求中所述的特徵描述本發明的其它優選和/或特別有利的實施例。

附圖說明

現在將參照附圖描述本發明，附圖示出了本發明的一些非限制性示例性實施例，其中：

-圖1是根據本發明優選實施例的通過輪轂軸承單元的軸向對稱截面，

-圖2是通過輪轂軸承單元的軸向對稱截面，示出了本發明的第二實施例，以及

-圖3是通過輪轂軸承單元的軸向對稱截面，示出了本發明的第三實施例。

具體實施方式

現在參考附圖，根據本發明第一實施例的輪轂軸承單元整體由10表示。

單元10包括輪轂20和軸承單元30。在整個本說明書和權利要求書中，指示位置和取向比如「徑向」和「軸向」的任何術語和表達被解釋為涉及軸承單元30的中心旋轉軸線x。然而，諸如「軸向外部」和「軸向內部」的表述是指組裝狀態，並且在當前情況下，優選地分別是指車輪側和與車輪側相對的一側。

軸承單元30包括固定的徑向外圈31和兩排滾動體32、33，在該示例中為滾珠，它們位於徑向外圈31和用作徑向內圈的輪轂20之間。為了簡化圖形表示，附圖標記32和33用於指示單獨的滾珠和成排的滾珠；特別地，32表示軸向外部的成排滾珠或單獨的滾珠，而33表示軸向內部的成排滾珠或單獨的滾珠。此外，為了簡單起見，術語「滾珠」在本說明書和附圖中作為示例被頻繁使用，而不是更通用的術語「滾動體」(並且也使用相同的附圖標記)。然而，應當理解的是，可以使用任何其它滾動體(例如滾子、圓錐滾子、滾針滾子等)來代替滾珠。

圖1示出了對稱軸承的情況，也就是說，對於兩組成排的滾動體具有相同節圓的軸承。本說明書的其餘部分的內容也適用於不對稱軸承的情況，這兩種軸承類型之間唯一的實質區別在於，相應圈32、33的滾動體的中心的圓周的直徑在對稱軸承中具有相同的值pb，而上述直徑在不對稱軸承中彼此不同。優選地呈軸向延伸管形狀的徑向外圈31在其自身內限定用於相應的成排滾動體32、33的座圈34、35。

徑向外圈31具有適於聯接到形成在車輛的固定元件(例如在附圖中未示出的已知類型的懸架的轉向節)中的圓柱形座的徑向外圓柱形表面31a。圓柱形表面31a在徑向外圈31的整個軸向尺寸上延伸，並且具有與轉向節的圓柱形座的尺寸相同數量級的軸向尺寸。

成排的滾動體32、33不僅在徑向外圈31上旋轉，而且在輪轂20的中心管狀部分21上旋轉，其限定用於軸向外部的滾動體32的座圈36和用於軸向內部的滾動體33的軸向內座圈37。為了更清楚起見，在圖2中示出了前述的座圈36、37。輪轂20因此用作單個內圈，替代兩個內圈，如眾所周知的，這兩個內圈通常用於凸緣輪轂軸承單元的標準解決方案。

輪轂20還限定了在軸向內側上的肩部22和軸向外凸緣部分23。凸緣部分具有多個軸向固定孔24，其軸線沿著直徑pcd的圓周相對於對稱軸線x放置。這些孔是用於相同數量的固定裝置(例如圖中未示出的固定螺栓)的座，其以已知的方式將機動車輛車輪的元件例如制動盤(也是已知類型的，在圖中未示出)連接到輪轂20。

有利地，用於使機動車輛的車輪和制動盤居中的襯套50可以由金屬板例如鋼製成，並且優選地通過簡單的壓配合操作聯接到輪轂的凸緣部分23。可替代地，如圖2所示，該襯套50可以與輪轂20製成一體。

來自機動車輛(未示出)的變速器組件的半軸的運動的傳遞由等速萬向節60提供。特別地，萬向節60的外罩集成到輪轂20中，輪轂20限定萬向節的座圈62在其軸向內終端部分61中。通過保護蓋63將萬向節與外部隔離而將潤滑脂容納在等速萬向節內部。

可替代地，可以通過形成輪轂20來省略保護蓋，如圖3所示，作為具有盤狀加強部分25的腹板結構，其將包含等速萬向節60的空間與外部環境密封。加強部分25可以有利地設置有凹槽以減小其重量。

為了增加強度，輪轂軸承單元被設計成顯著地增加兩排滾動體的的節圓直徑pb，將其值提高到接近軸向固定孔24的軸線的圓周的直徑pcd的值。

另外，由於兩個直徑pb和pcd的值相似，所以可以減小輪轂20的凸緣部分23的徑向延伸。因此，與標準解決方案的t形相比，該單元具有更管狀的形狀，象一種轉子。因此，由車輪施加在輪轂凸緣上的彎曲扭矩的影響顯著減小，結果是施加到軸承本身的滾動體的力減小。

此外，增大的節圓直徑使得等速萬向節60能夠安裝在單元內部，並且使得萬向節的罩能夠集成到輪轂20中，即結合到軸承的內圈中。部件的集成限制了作為整體的單元的重量和成本。

最後，如果襯套50也集成到輪轂20中，如圖2所示的實施例那樣，則單元的部件總數減少兩個。

因此，通過單元的某些幾何特性的適當設計來優化單元。

首先，這適用於軸向內部的成排滾動體的中心與等速萬向節的滾動中心之間的軸向距離l。

如果等速萬向節的滾動中心相對於軸向內部的滾動體的中心處於軸向內部位置，則該軸向距離l通常被認為是正的。相反，如果等速萬向節的滾動中心相對於軸向內部的滾動體的中心處於軸向外部位置，則距離l具有負值。如果滿足以下條件，則獲得在單元的高強度和減小的重量方面的更大優化：

其中：

l是軸向內部的滾動體33的中心與等速萬向節的滾動中心之間的軸向距離，

pb是成排滾動體32、33的節圓直徑，

s是凸緣23的軸向外表面與軸向外部的成排滾動體32的的中心之間的軸向距離，

a是成排滾動體的32、33的中心之間的軸向距離。

由公式(1)定義的比率確定了輪轂軸承單元的總體尺寸。如果指導單元開發的優先級是車輛的可駕駛性，則趨向於下限(0.4或0.5，視情況而定)的比率可能是優選的。顯然，如果該比值低於下限，則這將減小由節圓直徑的增加所提供的強度的優點，並且將導致該單元配置為具有相對於徑向延伸的大的軸向延伸。後一種情況還可能在諸如鍛造或等同程序的生產過程中產生一些問題。

如果單元的設計基於減輕重量和緊湊性的要求，則較高的比率即趨向於上限4的較高比率是優選的。超過公式(1)定義的比率的值是不合適的，以避免過大的單元尺寸並失去其優化的益處。

有利地，要監視的另一幾何比率由以下公式給出：

其中，除了已經提到的符號之外，

db是滾動體的直徑，

dj是等速萬向節的球的直徑。

該比率控制單元的軸向延伸。對於一些應用來說，如果設計優先級是車輛的可駕駛性，則可以推薦該比率的較高值。然而，如果軸向緊湊性是設計的期望結果，則優選較低的值。在任何情況下，不宜超過2.5的閾值，特別是如果這是由l的高值引起的，以避免等速萬向節的滾動中心相對於軸承的座圈和滾動體朝向單元的軸向內側過遠地定位。

優選地，應當仔細檢查的另一幾何比率由以下公式給出：

其中，除了已經提到的符號之外，

pj是等速萬向節的節圓直徑。

該比率與輪轂軸承單元的堅固性相關。為了最佳的負載傳輸，建議比率至少大於1，以確保輪轂20的管狀部分21的最小厚度。如果該值低於1，則這也將導致管狀部分21的最終形狀在成形過程方面不是最佳的。

另一方面，優選保持低於3的上限。雖然解決方案的目的是增加單元的強度或剛性，但同樣重要的是控制重量，且因此控制成本。該比率的過高值將使得本解決方案在其外觀方面對於顧客不具有吸引力。

最後，待監測的另一個比率由以下公式給出：

其中，除了已經提到的符號之外，

pcd是用於將制動盤固定到輪轂軸承單元的軸向孔24的軸線的圓周的直徑。

對於該解決方案，比率pcd/pb也很重要。如上所述，該解決方案的關鍵方面之一是管狀或轉子狀形狀，其減小了凸緣部分的徑向延伸。如果該比率的值超過2.6，則所需的強度優勢將完全喪失。另一方面，由於強度和重量之間的折衷幾乎總是主要設計目標之一，如果不是唯一一個，則小於0.7的值將導致在所識別的解決方案中實際上不可避免的吸引力損失。

總之，該解決方案的主要優點之一是關於滾動體和輪轂的凸緣部分的增加的強度。

另一個優點是更多部件的集成，對成本、對關鍵接口的移除以及因此對性能具有積極影響。移除的接口是與以下相關的接口：

a)使用單個內圈代替常規使用的兩個內圈：在這種情況下，不需要將一個圈壓配合到另一個圈上，或者執行隨後的調整操作。顯然，在兩個圈之間不存在相對旋轉的風險，也不存在對徑向和軸向內圈的塑性變形的任何需要；

b)輪轂和等速萬向節的罩之間的集成，導致消除了標準解決方案中存在的兩個部件之間的帶槽連接。因此，不存在由於兩個部件之間的任何間隙或者當負載的施加方向改變時將發生的所產生的噪聲的問題；不需要拉削帶槽輪廓，也不需要對具有帶槽輪廓的等速萬向節進行熱處理。此外，省去用於扭矩傳遞所需的接口消除了在關鍵應用中可能的故障模式。最後，不需要螺栓將等速萬向節鎖定在軸承上。

考慮到為了提供足夠堅固的接口，接口的面對部件必須足夠厚，而接口的減小具有需要較少的材料存儲空間的附帶效果，而如果僅存在一個部件，則整體厚度通常較小。

應當理解的是，本發明不限於這裡描述和示出的實施例，其被認為是單元的示例；對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離如所附權利要求及其等同物所限定的本發明的範圍的情況下，可以對作為示例性實施例描述的元件的功能和配置進行各種改變。