CN101238001A - 车轮轴承单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮轴承单元(1，4)，该车轮轴承单元具有至少一个外部件(8，21)、至少一个内部件(10)和至少两排位于外部件(8，21)和内部件之间的滚动体(11)，其中在外部件(8，21)上分别构造有至少一个内滚动面(15，16)，而在内部件上(10)分别构造有至少一个用于一排滚动体(11)的外滚动面(13，14)。所述车轮轴承单元(1，4)的至少一排的节圆直径(TK)与相应排的滚动体(11)的直径(dK)的比值大于数值6。在各排之间的排距(rL)最多是滚动体(11)的直径(dK)的1.65倍。

Description

车轮轴承单元
技术领域
本发明涉及一种车轮轴承单元，该车轮轴承单元具有至少一个外部件、至少一个内部件和至少两排/列位于外部件和内部件之间的滚动体，其中在外部件上分别构造有至少一个用于一排滚动体的内滚动面，以及在内部件上分别构造有至少一个用于一排滚动体的外滚动面。
背景技术
已知的车轮轴承单元具有相对大的重量和相对小的轴承刚度。在这里，轴承刚度是指该单元克服由载荷引起的弹性偏移所施加的阻力。由轴承刚度得到倾斜刚度，该倾斜刚度由载荷的扭矩与倾斜角之比得到，例如以Nm/°表示。
倾斜刚度越小，在载荷作用下轴承就倾斜越大，也就是说，在相同载荷下倾斜角就越大。载荷是指基本上在车辆运行状态下作用在车轮及其所属的车轮悬架上的载荷。
轴承刚度越小，载荷引起的车轮系统的倾斜就越大，这种倾斜对车辆的行驶性能-尤其是弯道行驶时-产生不利的影响，并且通过大的轴向的制动盘偏移，尤其是在制动盘的区域内，也对制动器的磨损和制动器的功能产生不利的影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种具有大的轴承刚度的车轮轴承单元。
所述目的通过具有根据独立权利要求所述特征的车轮轴承单元来实现。
按照本发明的车轮轴承单元的特征在于，该车轮轴承单元的一排滚动体的节圆直径TK与滚动体的直径dK的比值大于数值6-简称6，并且滚动体的两个轴向相邻的排之间的排距rL(也就是说，一排滚动体的中心到相邻排滚动体中心的轴向中心距)最大是滚动体直径dK的1.65倍。因此是：
TK＞6×dK
rL＞1.65×dK
对于下面的不限制本发明主题的解释性边界条件：
-外部件的轴向轴承宽度由与旋转轴线同向并平行于旋转轴线的在外部件的外部轮廓的两个在相同方向上相距最远的点之间的最大距离构成，其中，点优选构造在外环的相互背离的且通常设计成环状的端侧上。
-外部件的轴向轴承宽度可以大于或小于内部件的轴向轴承宽度。
-节圆是假想的圆，其中心垂直地由车轮轴承单元的旋转轴线穿过，并且该圆与一排滚动体的中心在圆周上相交或者将一排滚动体的中心相互连接起来。
-在各排节圆直径各不相同的车轮轴承单元中，该比值适用于节圆直径最小的那一排。
-对于各排节圆直径都相同、但各排滚动体的直径不同的车轮轴承单元，该比值适用于其滚动体具有最大直径的那一排。
-该比值适用于支承非驱动轮或驱动轮的车轮轴承单元。驱动轮例如与同步万向节的万向节外部件相联接，如前驱动汽车的转向轮或者后桥结构上的驱动轮。
-该比值适用于单排的，尤其是双排的和多排的球轴承或滚子轴承，尤其是适用于其内部件通常与汽车车轮相连接而外部件通过支座或转向节固定在汽车上的球轴承。
-内部件是至少一个具有至少一个滚动面的内环，可选地是在具有轮毂或类似结构的单元内的两个内环，其中内环安放在该轮毂上；或者
-该内部件构造成直接在至少一个滚动面上的并且因而没有中间连接内环的轮毂或类似结构。
-外部件是至少一个外环，该外环与外部壳体安装成一个单元。该外部壳体例如是车轮支座并且具有用于固定在车辆上的固定元件，或者
-该外部件是外部壳体并且具有至少一个滚动面，因而构造成没有中间连接外环。
-尤其是在驱动轮的情况下，车轮轴承单元的轮毂具有径向向内的沿旋转轴线方向突出的内齿。该内齿设置成用于与驱动轴头或类似结构的外齿相啮合。轮毂至少不可相对旋转地与外滚动面相联接，也就是说，例如，或者轮毂是内部件本身并且具有所述滚动面中的至少一个，或者至少一个内环作为内部件安放在轮毂上。
通过选择比值以及排距，偏离了在本技术领域占统治地位的观点，即车轮轴承单元的尺寸必须选择得尽可能小。
通过较大的滚动体节圆，在静态承载量C0相同的情况下，相对于现有技术下的轴承由
C0＝f0×i×z×dK 2×cosα0
得到按照本发明的轴承的每排球体的较大数量，尤其是当球体直径dK选择得尽可能小时。其中，
f0＝取决于轴承结构形式的因子
i＝滚动体的排数
α0＝轴承压力角
z＝滚动体的数量
刚度取决于各因素，如滚动轴承材料的弹性模量、滚动面的柔韧性(Schmiegung)以及很大程度取决于滚动体的数量以及滚动体的直径。
因此，例如对于节圆直径TK＝64至65mm以及对于dK＝12.7mm的z＝14滚动体的轴承来说，在现有技术下的轴承中得到较小的刚度，而对于按照本发明的节圆直径相同并且z＝21、dK＝11.112mm的车轮轴承单元来说，却得到了有利的更大的刚度。
与现有技术相比，轴承刚度通过本发明明显提高了约40％，并引起轴承倾斜刚度也提高。提高的轴承倾斜刚度使得在车轮轴承单元上的取决于载荷的变形变得更小，并进而使得在制动盘上的变形也变得更小。
由从属权利要求中可以分别得出根据独立权利要求的本发明的主题的优选的、有利的且不寻常的改进方案。
因此，改进地设置成外部件的轴向的轴承宽度bL最多是车轮轴承单元的最小的承载滚动体的直径的四倍。因此有：
bL＜＝4×dK
对于下列边界条件：
-外部件的轴向轴承宽度由与旋转轴线同向且平行于旋转轴线的在外部件的外部轮廓的两个在相同方向上相距最远的点之间的最大距离构成，其中，点优选构造在外部环的相互背离的且通常设计成环状的端侧上。
-外部件的轴向轴承宽度可以大于或小于内部件的轴向轴承宽度。
最后，通过本发明的一个实施形式设置成轴承横截面(Lagerquerschnitt)qL最多是车轮轴承单元的最小滚动体的直径的两倍。因此有：
qL＜＝2dK
对于下列边界条件：
-轴承横截面通过在轴承孔之间的径向距离，以内径dL(内部件的自由内径)来描述，和通过外部件的直径DA(轴承外径)或者对于非旋转对称的外部件，通过外部件的外轮廓的两个相对于旋转轴相互相对的点P1与P2间的最小径向距离DA来确定，并通过下式得到
2qL＝DA-dL
这里，点P1和P2位于一个共同的延伸经过其中一排滚动体的中心的径向平面E内。该径向平面E延伸通过经由其构成最小的径向距离DA的那一排。在根据图2和图3所示的例子中，这对于根据图2的车轮轴承单元1是指位于图右侧的那一排，对于根据图3的车轮轴承单元4是指位于图左侧的那一排。
本发明的另一个实施形式为车轮轴承单元设置有一个轮毂，其中，内齿齿顶圆的直径dz与外部件的轴承宽度bL的比值大于0.9，即
dz/bL＞0.9
对于下列边界条件：
-轴向的轴承宽度的定义参见上面所述；
-该轮毂具有径向向内沿旋转轴方向突出的内齿。该内齿设置成用于与驱动轴头或类似结构的外齿相啮合。该轮毂不可相对旋转地与外滚动面至少相联接，也就是说，或者轮毂就是内部件本身并且具有所述滚动面中的至少一个，或者至少一个内环作为内部件安放在该轮毂上。
本发明的其它的实施形式设定：
-内环座直径dL与轴承宽度bL的比值大于1.25，即
dL/bL＞1.25，
-内环座直径dL与滚动体直径dK的比值大于4.2，即
dL/dK＞4.2，
-内环座直径dL与滚动体的排距rL的比值大于3，即
dL/rL＞3，
-内环座直径dL与轴承横截面qL的比值大于2.2，即
dL/qL＞2.2，
-齿直径dz与滚动体排的排距rL的比值大于2.3，即
dz/rL＞2.3，
-齿直径dz与滚动体直径dK的比值大于3.2，即
dz/dK＞3.2，
-齿直径dz与齿宽VB的比值大于0.9，即
dz/VB＞0.9，
-轴承外径DA与齿直径dz的比值小于2.7，即
DA/dz＜2.7。
附图说明
在图1至3中示出了本发明的实施例，下面将对这些实施例进行详细说明。
图中示出：
图1表示用于具有按照本发明一个实施例的比值数据的车轮轴承单元的示例性的尺寸；
图2表示一个按照本发明一个实施例的用于驱动轴的车轮轴承单元；
图3表示一个按照本发明一个实施例的用于非驱动轴的车轮轴承单元。
具体实施方式
图1以表格的形式示出了具有(几何)比值的车轮轴承单元的示例性的尺寸，所述(几何)比值作为最小比值(通常情况下)或最大比值给出，这些比值直到本发明被创造出的时刻尚未在现有技术下的车轮轴承单元中被实现并且未通过示例性的尺寸被满足。
图2示出了本发明的一个具有对于本发明实质性的特征参数数据的实施例，在该实施例中，车轮轴承单元1具有一个带有内齿3的轮毂2。图3示出了具有一个轮毂5和对于本发明实质性的特征参数数据的车轮轴承单元4的另一个实施例。所有的图示都在沿着车轮轴承单元1或4的旋转轴1a或4a的纵剖面内，并且不是依照原尺寸比例的。
轮毂2上的内齿3设置成用于与一未示出的驱动轴头的外齿相啮合。轮毂2可转动地支承在外部件8中，并且具有一个用于固定一个未示出的车轮和一个制动盘的法兰9。在轮毂2上安放有内环6和7形式的内部件10，所述这些内环各具有一个用于分别与一排球形的滚动体11滚动接触的外滚动面13或14。一排滚动体11在一个保持架12中被引导。外部件8代替传统的外环作为法兰体，并且为此具有用于与滚动体11滚动接触的内滚动面15或16。外部件8设有一个用于将车轮轴承单元1固定在汽车上的法兰17。
用于非驱动轮的车轮轴承单元4具有一个轮毂5，在该轮毂上构造有一个用于一排滚动体11的内滚动面18。在该轮毂5上安放有一个内环19作为内部件10，该内部件具有另一个用于其它滚动体11的内滚动面20。车轮轴承单元4的外部件21构造成与内滚动面22和23成一体的并且具有一个用于固定在汽车上的法兰24。
附图标记清单
1   车轮轴承单元    α0  轴承压力角
1a  旋转轴线        bL   轴承宽度
2   轮毂            DA   轴承外径，径向距离
3   内齿            dK   滚动体直径
4   车轮轴承单元    dL   内部件内径
4a  旋转轴线        dz   齿顶圆直径
5   轮毂            qL   轴承横截面
6   内环            E    径向平面
7   内环            P1   外轮廓(上)的点
8   外部件          P2   外轮廓(上)的点
9   法兰            rL   排距
10  内部件          TK   节圆直径
11  滚动体          VB   齿宽
12  保持架
13  外滚动面
14  外滚动面
15  内滚动面
16  内滚动面
17  法兰
18  内滚动面
19  内环
20  内滚动面
21  外部件
22  内滚动面
23  内滚动面
24  法兰

Claims (12)

1.一种车轮轴承单元(1，4)，该车轮轴承单元具有至少一个外部件(8，21)、至少一个内部件(10)和至少两排位于外部件(8，21)和内部件之间的滚动体(11)，其中在外部件(8，21)上分别构造有至少一个内滚动面(15，16)，而在内部件上(10)分别构造有至少一个用于一排滚动体(11)的外滚动面(13，14)，
其特征在于，
-所述车轮轴承单元(1，4)的至少一排的节圆直径(TK)与相应排的滚动体(11)的直径(dK)的比值大于数值6，其中，节圆是一个假想的且与车轮轴承单元(1，4)的旋转轴线(1a，4a)同心的圆，该圆在圆周上相互连接一排滚动体(11)的中心，以及
-在各排之间的排距(rL)最多是滚动体(11)的直径(dK)的1.65倍，其中，排距(rL)是在滚动体(11)的中心之间的与旋转轴线(1a，4a)同向的轴向距离(rL)。
2.按照权利要求1所述的车轮轴承单元，其特征在于，外部件(8，21)的轴向的轴承宽度(bL)最多是车轮轴承单元(1，4)的最小滚动体(11)的直径(dK)的四倍，其中，轴向的轴承宽度(bL)是外部件(8，21)的在两个轴向相距最远的外轮廓点之间的与旋转轴线(1a，4a)同向的最大距离(bL)。
3.按照权利要求1或2所述的车轮轴承单元，其特征在于，轴承横截面(qL)最多是车轮轴承单元(1，4)的最小滚动体(11)的直径(dK)的两倍，其中，轴承横截面(qL)是横向于旋转轴线(1a，4a)方向的径向距离(qL)，该径向距离通过外部件(8，21)的最小的外部尺寸与轴承孔的自由内径(dL)的差值得到，并且其中最小的外部尺寸是外轮廓的在两个在一个假想的且延伸通过滚动体的中心的径向平面内相对于旋转轴线相互相对的点之间的径向距离。
4.按照权利要求1至3中至少一项所述的车轮轴承单元，对于具有轮毂(2)的车轮轴承单元，其中，轮毂(2)具有径向向内在旋转轴(1a，4a)的方向上突出的用于与驱动轴头上的外齿相啮合的内齿(3)，并且不可相对旋转地与外滚动面至少相联接，其特征在于，内齿齿顶圆的直径dz与外部件的轴承宽度bL的比值大于0.9。
5.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，内环座直径dL与轴承宽度bL的比值大于1.25。
6.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，内环座直径dL与滚动体直径dK的比值大于4.2。
7.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，内环座直径dL与滚动体排的排距rL的比值大于3。
8.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，内环座直径dL与轴承横截面qL的比值大于2.2。
9.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，齿直径dz与滚动体排的排距rL的比值大于2.3。
10.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，齿直径dz与滚动体直径dK的比值大于3.2。
11.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，齿直径dz与齿宽VB的比值大于0.9。
12.按照上述权利要求中至少一项所述的车轮轴承单元，其特征在于，轴承外径DA与齿直径dz的比值小于2.7。
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