CN100567748C - 用于可驱动轮毂的具有端面齿牙的轴环 - Google Patents

用于可驱动轮毂的具有端面齿牙的轴环 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种由轮毂(1)的塑性变形的材料构成的轴环(16)，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈(5)轴向固定地支承在轮毂(1)上，并且在该轴环中成型有端面齿牙(7)，用以嵌入到对应齿部中。

Description

用于可驱动轮毂的具有端面齿牙的轴环
技术领域
本发明涉及一种由轮毂的冷塑性变形材料构成的轴环，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈轴向固定地支承在轮毂上，并且在该轴环中成型有端面齿牙，用以嵌入到对应齿部中。
背景技术
DE 3636243A1涉及这样一种轴环。借助于该轴环，本身无间隙地预紧支承车轮轴承单元，通常是角接触球轴承装置或角接触滚子轴承装置。按图1制成的轴环3例如示于图2a和图3中，由与轮毂1成一体构成的空心的末段2形成。在轴环3的成形中，末段2的材料沿着内圈5的边缘4径向向外翻折。如果轴环3，如图2b中所示，具有包括齿牙7的端面齿部6，用以嵌入一未再示出的对应齿部，则将各齿牙7或在末段2翻折时往轴环上同时成型或将各齿牙7用一个单独的方法步骤加到制造完成的轴环3中。对应齿部例如构成在万向轴的钟形槽上。
利用一种工具(模具)将末段成形为轴环3。为此，首先将基本上空心圆柱形的末段2，如图3所示，径向成漏斗形扩展并且在终端位置按图2b成形为轴环3。这里成问题的是齿牙7的成形。末段2的部分8的材料在扩展和翻折时缩小并且径向向外流变。由于材料的不可控的向外塑变流走而不能完全成型相应的齿牙7并且特别是由尺寸B所确定的承载部分是很小的。B是点S与T之间的一线段。未充实部分C和A-(B+C)在整个齿牙7上测量沿长度A是很小的。
材料的一部分在某些情况下也不受控地向内偏移，从而在内圈5与轮毂1之间构成环形缝隙31，其对内圈5的固定产生不利影响。
本领域技术人员试图通过一种工具(模具)防止这样的问题，如在DE 3636243A1中所描述的那样，该工具阻止轴环在径向外边塑变流走。但该处理方法由于毛坯的尺寸如末段的壁厚和直径的公差，一般难于实现所要求的质量。
在驱动元件装入轮毂装置中时，驱动元件和轮毂由于齿部的几何形状而相对于旋转轴线相互对中。因此保证了在汽车行驶中连接的高的同心精度。万向节部分向轮毂的安装一方面由于自对中而变得简单，但另一方面需要很高的轴向偏压力。
端面齿部的全部齿牙的齿侧与对应齿部的全部齿牙的两齿侧相啮合。各齿部借助于一个或多个螺栓元件轴向夹紧。转矩通过由表面压力产生的力锁合-形锁合传向轮毂。
当应该从驱动装置向车轮传递高力矩或者必要时也以相反的力矩流传递时，则万向节部分与轮毂的连接特别具有优点。通常所使用的内制齿和外制齿的配对常常引起结构空间技术上的并从而关于强度方面的问题，因此端面制齿是一种可靠的和节省结构空间的方案。如果超载时轮毂断裂，其在最不利的情况下导致车轮失掉，此时，为向车轮传递高转矩的刚性设计就可能会产生不利的影响。
发明内容
本发明的目的因此是，提供一种轴环，利用其构型避免上述缺点。
为此，本发明提供一种由轮毂的塑性变形的材料构成的轴环，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈轴向固定地支承在轮毂上，并且在该轴环中成型有端面齿牙，用以嵌入到对应齿部中，所述轴环包括下列特征：轴环是由在轮毂上的径向向外沿着内圈的一边缘成形的空心末段构成；末段与轮毂成一体构成；末段在其原始状态在轴环成形以前指向轴向方向并且沿轴向伸出所述边缘之外；末段至少在其沿轴向伸出所述边缘之外的部分上具有末段的材料集聚，其为在末段处的径向加厚部的形式。
本发明还提供一种由轮毂的冷塑性变形的材料构成的轴环，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈轴向固定地支承在轮毂上，并且在该轴环中成型有端面齿牙，用以嵌入到对应齿部中，包括下列特征：各齿牙绕旋转轴线沿圆周彼此邻接并且长度是按径向定位的；齿牙的轮廓在相应的通过齿顶沿旋转轴线延伸的截面内作为一线段描述，该线段在端面限定相应的齿顶；在线段的端点之间的最短的径向距离，在线段的轴向投影中观察，至少正好如同在轴向投影中观察的、相应的齿牙在径向方向上最大长度的一半那样大。
按照本发明，轴环由轮毂的末段的塑性变形的材料构成，空心的末段的材料优选通过所谓滚压铆接(Waelznieten)，即包括扩展、弯曲和冲压的处理过程，将径向向外越出内圈的径向内边缘和轴向外边缘冷成形。与轮毂成一体构成的末段按照本发明不构造成基本上空心圆柱的，而是具有一材料集聚。该材料集聚设计在末段的沿轴向超出于内圈的内边缘的那部分上。由于末段的旋转对称结构，环绕旋转轴线的材料集聚通常是一种沿圆周方向闭合或中断的凸起形加厚部。
加厚部为任意的结构并且可以在两个径向方向，亦即径向向外远离旋转轴线和/或朝旋转轴线那边凸出。优选加厚部在轴环成形之前从末段径向向内朝轮毂的旋转轴线的方向凸出。
本发明的一种结构设计规定，加厚部构成在末段的一自由的和由轮毂引出的轴向端上。
通过在末段上的材料集聚，在齿部成形时为填满模具中用于齿牙的型腔提供足够的材料。齿牙的轮廓得以明显改善，从而使承载部分的份额明显提高。为限制径向的材料流的专门措施是不必要的。
通过加厚部的形状和横截面可以影响和优化单个齿牙的构型。例如规定，加厚部的外轮廓朝末段的端面那边向旋转轴线的方向下降。
齿牙的轮廓在相应的通过齿顶沿旋转轴线延伸的通过轴环的截面内例如部分地作为一线段描述，该线段在端面限定相应的齿顶。该线段描述了齿顶轮廓在沿旋转轴线的纵向截面内的直线延伸。
利用本发明的设计提供了线段的最佳尺寸。线段的端点之间的最短的径向距离，在线段的轴向投影中观察，至少正好如同在齿牙长度的轴向投影中观察的、相应的齿牙在径向方向上最大该长度的一半那样大。通过这样的最小尺寸保证在轴向方向和在圆周方向完满制造每一单个的承载齿牙。各个承载齿牙的轮廓在纵向截面内沿轮毂的旋转轴线首先由一入口轮廓确定，其中，该入口轮廓径向从齿根向外朝线段那边相对旋转轴线逐渐升高地延伸。入口轮廓是任意凹面或凸面弯曲的或是一斜面。
入口轮廓在径向内部的端点处过渡到线段。线段在径向外面的端点上开始朝齿根那边过渡到一出口轮廓，其中，该出口轮廓从端点起相对旋转轴线渐增或渐减地升高或直线地或以另外任意方式延伸。
入口轮廓和出口轮廓在齿根侧分别终止在一交点，在该交点处，齿牙过渡到轮毂。交点是齿根部，在此处，各个齿牙的轮廓在相对所涉及的齿牙的齿槽的顶点过渡到轴环的实体基底。
在线段末端上位于径向外面的端点与径向更靠外的交点之间的距离，在轴向投影中，至多如同在轴向投影中观察的、相应的齿牙在径向方向上最大长度的三分之一那样大。相应的齿牙的长度是由两交点之间的距离确定的。
齿牙构造成楔形的，使端面齿部的各几何线在中心会交于旋转轴线上的一个共同点。这些几何线就是齿体边缘，它们是不明显的，可能有边缘半径、斜面、圆角等。
本发明的另一设计规定，为啮合设置的端面齿部的各齿牙的齿侧分别以大于20°和小于30°的齿侧角倾斜。齿侧角在对称构成的齿部的情况下是齿形角的一半。各齿侧以齿侧角相对一假想的、由旋转轴线出发的分度平面E倾斜。
端面齿部的尺寸和尺寸变化对车轮轴承由于结构空间原因而规定了限度。据此，齿部的分度圆直径(端面齿部绕旋转轴线的平均的圆周直径)一般最后确定在很小的限度内。因此，齿部的性能例如抵抗来自驱动转矩的载荷几乎不受或根本不受齿部的分度圆的变化的影响。通过本发明，经由齿侧角影响齿部的各个齿牙的几何形状，使得在组装方面以及在来自转矩的载荷方面可以在预定的圆周上规定最佳的齿牙数量。无间隙地处于与对应齿部相啮合的有效齿侧的齿侧角优选为22.5°。通过这样的构型，组装时的偏压力由于在齿部中较低的轴向分力而保持得很小。每一单个齿牙在齿根部的横截面设计成使得端面齿部在额定工况时传递高的转矩，但在规定的断裂力矩时丧失承负能力。
附图说明
图1至6示出了车轮轴承单元9在本发明的实施例的不同的变型中沿旋转轴线1a的纵剖视图或纵剖的细部；图7a和7b以大大简化的方式示出了端面齿部13的可能的构造形式的概图。
具体实施方式
图1、3、5示出一车轮轴承单元9，包括一轮毂1、两列滚动体10和一车辆凸缘11。轮毂1具有凸缘12，用以固定未示出的车轮，并且经由各滚动体10相对车辆固定的车辆凸缘11可绕旋转轴线1a旋转地支承。在轮毂1上安装一内圈5，一列滚动体10在其上滚动。在按图4和5的视图中，与轮毂1成一体连接的末段14、15或17是在滚压铆接以前处于原始位置。内圈5，如在按图6b的放大的细节中所示，借助于来自末段14、15或17的轴环16轴向固定在轮毂1上。为此，空心的末段14、15或17径向向外越出于内圈5的一边缘4成形。此外，借助于轴环16预紧来角接触球轴承装置。在轴环16中构成端面齿部13。
空心的末段14、15或17在轴环16成型以前在原始状态指向轴向方向并同时沿轴向伸出以半径R倒圆的边缘之外。末段14、15或17至少在其伸出边缘4之外的部分8上具有径向加厚部18、19或20形式的材料集聚。
图4中所示的在末段14上旋转对称的加厚部18在中心具有最大的径向尺寸X并且径向向旋转轴线1a的方向以及径向向外凸出于末段14。在轴环1b和端面齿部13轴向成型时使材料向两径向方向分配。
图5中所示的加厚部19径向向旋转轴线1a的方向凸出并且在末段15的指向轴向方向的自由端上是最厚的。在端面齿部13成型时，这样的材料集聚特别是在区域C(图6)内成为有效的，从而不多的材料向外流变并由此在区域B内提供用于各齿牙7的型腔的填满。
图6a中所示的加厚部20径向向旋转轴线1a的方向凸出。加厚部20的外轮廓29朝末段17的端面那边向旋转轴线1a的方向下降。通过本发明的这种设计，在成型时优化了材料的流变和分配。
图7a和7b以大大简化的方式示出了端面齿部13的可能的构造形式的概图。各齿牙7绕旋转轴线1a沿圆周彼此邻接并且长度A按径向定位。图7a和7b示出了，如何在齿顶、齿根和齿侧通过径向定位的几何线21、22、23确定各个楔形构成的齿牙7的无倒圆的几何形状，这些几何线会于交点P。交点P是齿圈的全部径向延伸的几何线21、22、23的共同交点。在两齿侧30之间的齿形角β是齿侧角α的两倍并且同时沿每一单个齿牙7的径向全长是不变的。
齿牙7的轮廓在相应的通过齿顶25沿旋转轴线1a延伸的通过轴环16的截面内作为一线段24描述，该线段24在端面限定相应的齿顶25，线段24的端点S与T之间的最短的径向距离B，在线段24的轴向投影B中观察，至少正好如同在轴向投影A中观察的、相应的齿牙在径向方向上最大长度A的一半那样大。相应的齿牙7的轮廓在纵向截面内首先由一入口轮廓26确定。该入口轮廓26径向从齿根27向外朝线段24那边相对旋转轴线渐增升高地延伸并且在径向内部的端点S处过渡到线段24。在径向外边，线段24过渡到一从外面的端点T起朝齿顶27那边延伸的出口轮廓28。出口轮廓从端点T起相对旋转轴线1a渐减升高地延伸。入口轮廓26和出口轮廓28在齿根侧分别在一交点Y或Z处过渡到轮毂1。
在径向外面的端点T与轴向投影C的径向更靠外的交点Z之间的径向距离C，至多如同在轴向投影A中观察的、相应的齿牙7在径向方向上最大长度的三分之一那样大，其中，相应的齿牙7的长度A是由交点Y与Z之间的距离A确定的。
附图标记清单
1轮毂            16轴环
1a旋转轴线       17末段
2末段            18加厚部
3轴环            19加厚部
4边缘            20加厚部
5内圈            21几何线
6端面齿部        22几何线
7齿牙            23几何线
8部分            24线段
9车轮轴承单元    25齿顶
10滚动体         26入口轮廓
11车辆凸缘       27齿根
12凸缘           28出口轮廓
13端面齿部       29外轮廓
14末段           30齿侧
15末段           31环形缝隙

Claims (10)

1.由轮毂(1)的塑性变形的材料构成的轴环(16)，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈(5)轴向固定地支承在轮毂(1)上，并且在该轴环中成型有端面齿牙(7)，用以嵌入到对应齿部中，所述轴环(16)包括下列特征：
-轴环(16)是由在轮毂(1)上的径向向外沿着内圈(5)的一边缘(4)成形的空心末段(14、15、17)构成；
-末段(14、15、17)与轮毂(1)成一体构成；
-末段(14、15、17)在其原始状态在轴环(16)成形以前指向轴向方向并且沿轴向伸出所述边缘(4)之外；
-末段(14、15、17)至少在其沿轴向伸出所述边缘(4)之外的部分上具有末段(14、15、17)的材料集聚，其为在末段(14、15、17)处的径向加厚部(18、19、20)的形式。
2.按照权利要求1所述的轴环(16)，其特征在于，加厚部(18、19、20)在轴环(16)成形以前径向向内朝轮毂(1)的旋转轴线(1a)的方向从末段(14、15、17)凸出并且围绕旋转轴线(1a)延伸。
3.按照权利要求1所述的轴环(16)，其特征在于，加厚部(19)构成在末段(15)的一个自由的和由轮毂(1)引出的轴向端上。
4.按照权利要求3所述的轴环(16)，其特征在于，加厚部(20)的外轮廓朝末段(17)的端面那边向旋转轴线(1a)的方向下降。
5.按照权利要求1、2、3或4所述的轴环(16)，其特征在于，轴环(16)至少部分地由塑性扩展的、沿着边缘(4)翻折的和成型的加厚部(18、19、20)材料构成。
6.由轮毂(1)的冷塑性变形的材料构成的轴环(16)，通过该轴环，将一车轮轴承单元的至少一个内圈(5)轴向固定地支承在轮毂(1)上，并且在该轴环中成型有端面齿牙(7)，用以嵌入到对应齿部中，包括下列特征：
-各齿牙(7)绕旋转轴线(1a)沿圆周彼此邻接并且长度是按径向定位的；
-齿牙(7)的轮廓在相应的通过齿顶沿旋转轴线(1a)延伸的截面内作为一线段(24)描述，该线段(24)在端面限定相应的齿顶；
-在线段(24)的端点(S、T)之间的最短的径向距离(B)，在线段(24)的轴向投影中观察，至少正好如同在轴向投影中观察的、相应的齿牙(7)在径向方向上最大长度(A)的一半那样大。
7.按照权利要求6所述的轴环(16)，其特征在于，齿牙在纵向截面内的轮廓：
-首先由一入口轮廓(26)确定，其中，所述入口轮廓(26)径向从齿根向外朝线段(24)那边相对旋转轴线(1a)逐渐升高地延伸；
-然后入口轮廓(26)在一径向内部的端点(S)处过渡到线段(24)；
-并且最后线段(24)从一径向外面的端点(T)朝齿根(27)那边过渡到一出口轮廓(28)，其中，所述出口轮廓(28)从端点(T)起相对旋转轴线(1a)逐渐升高地延伸；
其中，入口轮廓(26)和出口轮廓在齿根侧分别终止于一交点(Y、Z)，在该交点处，齿牙(7)过渡到轮毂(1)。
8.按照权利要求7所述的轴环(16)，其特征在于，在径向外面的端点(T)与径向更靠外的交点(Z)之间的径向距离(C)在轴向投影中至多如同在轴向投影中观察的、相应的齿牙(7)在径向方向上最大长度(A)的三分之一那样大，其中，相应的齿牙(7)的长度是由交点(Y、Z)之间的距离确定的。
9.按照权利要求6所述的轴环(16)，其特征在于，齿牙(7)构造成楔形的，使端面齿部(13)的几何线(21、22、23)在中心会交于旋转轴线(1a)上的一个共同点(P)。
10.按照权利要求9所述的轴环(16)，其特征在于，为嵌入到对应齿部而设置的各齿牙(7)的齿侧以大于20°和小于30°的齿侧角相对一假想的、由旋转轴线(1a)出发的分度平面倾斜。
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