CN101304890B - 具有端齿的轮毂/万向接头组件 - Google Patents

具有端齿的轮毂/万向接头组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有旋转轴线(A)的轮毂/万向接头组件，所述组件包括具有轮缘(15)的轮毂(11)，用于连接车轮，以及套管部分(14)，用于接纳轮轴轴承(13)；等速度万向接头(12)，具有外接合部分(22)，内接合部分(23)和扭矩传输部件(26)；其中，所述外接合部分(22)，在它朝向所述轮毂的末端(11)，包括具有第一齿(42)的第一端面齿(38)，其中，所述套管部分(14)在它的朝向所述等速度万向接头(12)的末端包括具有第二齿(43)的第二端面齿(39)，其中，所述两个端面齿(38，39)彼此接合，用于扭矩传输目的；夹紧装置(17)用于将轮毂(11)轴向夹紧在所述外接合部分(22)上，所述夹紧装置(17)被轴向支撑在轮毂(11)上，并且被支撑在外接合部分(22)上，其中，所述两个端面齿(38，39)中的至少一个是以这种方式设计的，当第一和第二齿(42，43)将所述组件夹紧在一起时，首先在径向外侧彼此接触，并且随着夹紧过程的进行，还在径向内侧上彼此接触，其中，所述至少一个端面齿(38，39)的齿端线(44，46)和齿根线(45，47)在位于端面齿(38，39)的径向内侧的交叉点(S)上彼此相交。

Description

具有端齿的轮毂/万向接头组件
技术领域
本发明涉及用于将机动车辆的侧轴的车轮相关的万向接头连接在由所述车辆轮架接纳的轮毂上的轮毂/万向接头组件。所述轮毂包括套管部分，用于接纳轮轴轴承，所述轴承又被固定在所述轮架上，以及用于通过螺栓连接在车辆上的轮缘，即中央轮盘。
背景技术
在DE 103 38 172 B3中披露了轮毂/万向接头组件，其中，所述外接合部分包括底座，具有紧挨着形成的轴颈。所述轴颈是短轴颈，并且仅沿轮毂的孔的部分长度延伸。为了扭矩传输目的，所述孔包括内齿，它以旋转固定方式通过所述轴颈与相应的外齿接合。为了轴向夹紧目的，提供了螺栓，该螺栓从中央拧入所述轴颈，并且轴向支撑在所述轮毂的径向表面上。所述轮轴轴承是通过螺栓轴向预张紧的。在具有短轴颈的组件上，所述万向接头的轴颈直径的大小能确保必需的强度，决定了所述轮毂的孔的内径，并因此间接地决定了所述轮轴轴承的内径。
DE 197 51 855 C1提供了一种轮毂/万向接头组件，其中，所述外接合部分是圆盘形状的。为了将扭矩传输给所述轮毂，提供了一个环形部件，一方面，它以旋转固定的方式通过端面齿与所述外接合部分连接，另一方面，通过纵向齿与所述轮毂连接。外接合部分和环形部件之间的轴向固定是通过固定环实现的。所述环形部件是通过使轮毂的套管形状的部分变形相对所述轮毂轴向固定的。
在DE 36 36 243 A中披露了轮毂/万向接头组件，其中，所述轮毂包括具有滚珠轴环的套管部分，在它上面轴向固定了所述轮轴轴承的内轴承座圈。在它的末端，所述滚珠轴环包括端面齿，它被用于扭矩传输目的，所述端面齿与在外接合部分上设计的相应的端面齿接合。这两组端面齿位于共同的径向平面上。
DE 31 16 720 C1提供了可通过等速度万向接头驱动的轮毂的轴承组件，其中，所述轮毂和外接合部分在彼此相对的末端通过端面齿以旋转固定的方式彼此连接。所述接头的端面是弯曲平板状的，以便在组装期间，所述齿首先接触外直径，并且随后接触整个表面。所述齿的齿端线和齿根线彼此平行地延伸。
发明内容
本发明的目的是提供改进的轮毂/万向接头组件，其特征在于具有高抗扭强度和高抗弯刚度，同时，具有良好的轴向夹紧状态，并且允许简化生产工艺。
根据本发明，上述目的是通过提供一种具有旋转轴线A的轮毂/万向接头组件实现的，该组件包括具有轮缘的轮毂，用于连接车轮，和套管部分，用于接纳轮轴轴承；等速度万向接头，具有外接合部分，内接合部分和扭矩传输部件；其中，所述外接合部分，在它朝向所述轮毂的末端，包括具有第一齿的第一端面齿，其中，所述套管部分在它的朝向所述等速度万向接头的末端包括具有第二齿的第二端面齿，其中，所述两个端面齿彼此接合用于扭矩传输目的；夹紧装置，用于将所述轮毂轴向夹紧在外接合部分上，所述夹紧装置一方面被轴向支撑在轮毂上，另一方面被支撑在外接合部分，其中，两个端面齿中的至少一个是以这种方式设计的，以便在将所述组件夹紧在一起时，第一和第二齿首先在径向外侧上彼此接触，并且随着夹紧过程的进展，在径向内侧上接触，其中，所述至少一个端面齿的齿端线和齿根线在位于端面齿的径向内侧的交叉点S上彼此相交。
所述轮毂/万向接头组件的优点在于，在夹紧状态下，由两个端面齿形成的齿对几乎沿每一个齿的整个长度承受它的负荷。在夹紧过程开始时，仍然存在于两个面齿之间的向内开口的锥形间隙通过外接合部分或者套管部分的变形而封闭。所导致的端面齿之间沿它们的整个径向延伸的支承接触导致了每一个齿上负荷的减少，并因此导致了低张力状态。另外，作为本发明设计的结果，至少一个端面齿以优选方式实现了所述组件沿轴向方向的略微的反弹作用。由此导致了夹紧安全性的提高。总体上讲，上述特征导致了万向接头和轮毂之间的特别高的抗扭刚度和抗弯刚度。所提到的至少一个端面齿表示两个端面齿中的仅仅一个是按照本发明设计的，而另一个端面齿被安装在径向平面上，或者两个端面齿都是按照本发明的方案提供的。
对于旋转轴线A来说，所述至少一个端面齿优选包括径向延伸的齿和齿间隙，所述对应的齿还包括径向延伸的齿。不过，不同的解决方案同样是可行的；例如，所述至少一个端面齿还可以包括周向分布的齿组，这些齿是彼此相对平行延伸的，并且是按照本发明的方案设计的。所述对应的齿相应地还提供了平行的齿组。
根据一种优选实施方案，所述至少一个端面齿的齿的高度相对旋转轴线A从径向外侧向径向内侧缩小。另外，所述端面齿中第一个齿包括齿端线，它在松开状态下包括距离位于径向外侧上的相对的第二端面齿的齿根线比位于径向内侧上更短的距离。另外，所述第一端面齿的齿根线包括距离位于径向外侧上的第二端面齿的齿端线比位于径向内侧上更短的距离。该实施方案通过它们的齿面确保所述齿首先接触位于径向外侧上的对应齿的齿面，随着夹紧过程的发展，将它们的负荷分布到较大的长度上。假设业已提供了大体上垂直的齿端线，由所述齿端线形成的镜像表面是锥形的并且向内开放。
根据另一种优选实施方案，所述齿端线和齿根线的交叉点S位于旋转轴线A上。所述两个端面齿优选是相同的，所述第一齿的齿端线和齿根线在第一交叉点S1上彼此相交，并且使所述第二齿的齿端线和齿根线在第二交叉点S2上彼此相交，其中，所述两个交叉点S1，S2在夹紧过程开始时处在彼此轴向分离的位置上，位于彼此轴向分离一段距离的位置上，随着夹紧过程的发展，所述轴向距离缩小。
在优选实施方案中，所述端面齿的第一和第二齿在夹紧状态下几乎沿它们的齿面的整个长度彼此接触。根据特别优选的实施方案，所述第一和第二齿在业已达到标称夹紧力的大约75％时业已沿它们的齿面的整个长度彼此接触。
根据一种优选实施方案，所述套管部分在它的朝向所述万向接头的末端包括向外变形的滚珠轴环，它被夹紧在所述轮轴轴承的内轴承座圈内，将所述第二端面齿提供在该滚珠轴环上。所述外接合部分优选包括中央孔，它与所述夹紧装置接合。所述夹紧装置能够以实心螺栓形式提供或以空心螺栓形式提供，所述螺栓被拧入所述孔。在使用空心螺栓时，如果孔的内径大体上相当于所述套管部分的内径，所述组件的刚度是特别有利的。
附图说明
下面将结合附图对本发明的优选实施方案进行说明，其中，
图1是本发明的轮毂/万向接头组件的第一实施方案的纵剖视图。
图2是图1所示外接合部分和轮毂之间的齿对的纵剖视图的一半，详细表示松开状态。
图3表示图2所示齿对处在夹紧状态。
图4是本发明的轮毂/万向接头组件的第二实施方案的纵剖视图。
具体实施方式
图1表示轮毂/万向接头组件，它的部件包括轮毂11、等速度万向接头12和轮轴轴承13。轮毂11包括套管部分14，用于容纳轮轴轴承13，以及轮缘15，用于通过螺栓连接在车轮(未示出)的轮盘上。套管部分14包括通孔16，夹紧装置17从它里面穿过，用于将轮毂11轴向夹紧在等速度万向接头12上。
等速度万向接头12包括具有外滚道24的外接合部分22，具有内滚道25的内接合部分23，扭矩传输滚珠26分别安装在一对相对的外和内滚道24，25中，将滚珠26固定在倾斜的二等分面上的滚珠轴承罩27。在这里所示出的接头上，所述成对的滚道24，25从轮毂11朝向第一孔18变宽。内接合部分23包括中央孔19，它具有纵向齿，将侧轴(未示出)以旋转固定的方式插入其中。另外，外接合部分22包括第二孔20，它与第一孔18相对，被设置在轮毂末端，并且包括内螺纹21，与夹紧装置17接合。
夹紧装置17是以空心螺栓形式提供的，并且包括环形凸缘28，它被轴向支撑在轮毂11的径向支撑面41上，并且包括外螺纹29，它被拧入外接合部分22的内螺纹21中。为了拧入并且用于将轮毂11轴向夹紧在等速接头12上，夹紧装置17在所述凸缘末端包括花键30，可以将具有相应花键的插销(未示出)插入其中。夹紧装置17包括相对通孔16的间隙配合，以便在执行轴向夹紧作业时，除了螺旋力之外，没有附加的扭力对夹紧装置17产生负面影响。在夹紧装置的内剖面上，靠近外螺纹29插入了盖子31，用于相对环境密封等速度万向接头12。在它的轴端，等速度万向接头12通常是通过波纹膜盒组件(未示出)密封的。
轮轴轴承13包括两排轴承滚珠32，33，其中，位于接头末端轴承滚珠32在独立的内轴承座圈34中运行，所述座圈是通过套管部分14的向外变形的滚珠轴环35轴向固定的。位于所述轮毂末端的轴承滚珠33在轮毂11的外表面上形成的内轴承座圈36中运行。另外，轮轴轴承13包括共用的外轴承座圈37，它同时容纳轴承滚珠32，33，并且必须插入轮架(未示出)。
为了等速度万向接头12和轮毂11之间的扭矩传输目的，外接合部分22在环绕孔20的端面上包括第一端面齿38，它在轴向预拉伸作用下与在套管部分14的滚珠轴环35上形成的相应的第二端面齿39接合。夹紧装置17用于轴向预拉伸。
参见图2和3，下面将说明由两个端面齿38，39形成的齿对40。可以看出，第一端面齿38的齿42，下面称之为第一齿，和第二端面齿39的齿43，下面称之为第二齿，是相对所述旋转轴线A径向延伸的。在径向视图中，以及分别在圆柱形剖面上，端面齿38，39包括大体上彼此平行地延伸的齿面。第一齿42和第二齿43的高度从径向外侧向径向内侧降低，参照垂直于旋转轴线A延伸的平面。这样，它通过它们的齿面确保了第一齿42首先与径向外侧上的第二齿43的齿面接触，随着夹紧过程的发展，所述齿面彼此接触。其中规定，当达到标称夹紧力的大约75％时，第一和第二端面齿38，39沿它们齿面的整个长度彼此接触。
可以看出，第一齿42的齿端线44和齿根线45在旋转轴线A的第一交叉点S1上相交，并且，第二齿43的齿端线46和齿根线47在第二交叉点S2上彼此相交。在夹紧过程开始时，如图2所示，两个交叉点S1，S2彼此在轴向方向上相距一段距离，该距离随着夹紧过程的进展而缩小。图3表示处在完全轴向夹紧状态的齿对40。可以看出，第一端面齿38的齿端线44现在是平行于第二端面齿39的齿根线47延伸的，并且，第一端面齿38的齿根线45现在是平行于第二端面齿39的齿端线46延伸的。即使在完全夹紧的状态下，齿端线44，46也处在距离对应齿的齿根线45，47短的轴向距离上，这样，通过沿圆周方向的无间隙连接，实现了轻微的轴向弹性作用。另外，所述组件的优点在于，在轴向夹紧状态下，齿对40将它的负荷均匀地施加在它的整个径向延伸部分上。上述特征获得了等速度万向接头12和轮毂11之间的特别高的抗扭刚度和抗弯刚度。
下面列举了如图1所示的轮毂/万向接头组件的特别优选的尺寸关系，所使用的缩略语具有以下含义：
PCD当所述接头没有铰接时所述滚珠组的节距圆直径；
TKD所述轮轴轴承的节距圆直径；
BL轮轴轴承的宽度；
Bv所述端面齿的径向宽度；
DM端面齿的平均直径；
DB通孔的孔直径；
DG螺纹直径；
MLG轮轴轴承的中央平面(EL)和接头中央平面(EG)之间的距离；
MLV轮轴轴承的中央平面(EL)和端面齿的中央平面(Ev)之间的距离；
MGV端面齿的中央平面(Ev)和接头中央平面(EG)之间的距离。
特别优选的是，接头中心和轴承中心之间的距离除以所述滚珠的节距圆直径和所述轮轴轴承长度的总和的比例小于0.7，即(MLG)/(PCD+BL)＜0.7。这样，获得了等速度万向接头和所述轮轴轴承之间的短的距离，使得所述接头中心位于紧靠所述扩张轴线的位置上，在转向运动时，所述车轮是绕该轴线旋转的。
另外，优选的是，所述轴承中心和所述端面齿的中央平面之间的距离除以所述轮轴轴承的轴向长度的比例小于0.67，即，(MLV)/BL＜0.67。在这种情况下，所述接头同样紧靠所述轮轴轴承连接。该比例是衡量分别在传动轴和接头的轴承上产生的不精确性的影响的参数。
另外，优选的是，端齿的中央平面和接头中心之间的距离除以所述接头滚珠的节距圆直径的比例小于0.74，即(MGV)/PCD＜0.74。这导致了所述接头与所述齿对紧密连接。该比例是衡量可能在所述传动轴和接头的轴承上产生的不精确性的指标。
另外，优选的是，所述轮轴轴承的轴向长度和所述端面齿的平均直径之间的比例小于0.63，即BL/DM＜0.63。对于所述端面齿的平均直径来说，由此获得了所述轮轴轴承沿轴向方向的较短的长度。
另外，优选的是，所述轮轴轴承的节距圆直径和端面齿的平均直径之间的比例小于1.26，即TKDL/DM＜1.26。该参数导致了沿径向方向的紧凑的轮毂/万向接头组件。该比例表示扭矩传输的参数。将扭矩沿径向方向导入轮毂，相对靠近所述轮轴轴承的节距圆直径，因此获得了高抗扭刚度。
另外，优选的是，所述端面齿的径向宽度和平均直径之间的比例小于0.22，即Bv/DM＜0.22。该参数获得了沿轴向方向的较窄的齿对，以便所述端面齿将它们的负荷均匀地分布在它们的整个径向延伸部分上。
另外，优选的是，所述端面齿的平均直径和通孔的内径之间的比例小于1.5，即DM/DB＜1.5。该比例表示将扭矩从所述外接合部分导入所述轮毂的参数，其中，所述范围可获得特别高的抗扭刚度。
另外，优选的是，一方面所述端面齿的平均直径和另一方面空心螺杆和外接合部分之间的螺纹的直径之间的比例小于1.6，即DM/DG＜1.6。该比例表示将所述等速度万向接头直接连接在所述轮毂上的参数。
另外，优选的是，一方面所述通孔的内径和另一方面空心螺栓和外接合部分之间的螺纹的直径之间的比例小于1.2，即DB/DG＜1.2。
图4表示轮毂/万向接头组件的第二实施方案，它在很大程度上相当于图1所示组件。因此，要参考上述说明，其中，相同的部件采用了相同的附图标记，不同的部件使用带撇号的附图标记。可以看出，等速度万向接头12′仅示出了外接合部分22′与它的外滚道24′。本实施方案的等速度万向接头12′是本身已知的VL滑叉式接头形式的，它明显是从外滚道24′相对旋转轴线A倾斜延伸的。上述实施方案的主要差别在于所述等速度接头12′在轮毂11′上的轴向夹紧的方式。在本实施方案中，外接合部分21′在它的轮毂末端包括底座48，该底座具有中央孔20′，该孔具有内螺纹21′。夹紧装置17′是以螺栓形式提供的，它用外螺纹29′拧入外接合部分22′的内螺纹21′。在轮毂末端，夹紧装置17′通过它的端头49轴向支撑在卡盘50上，而卡盘又被支撑在轮毂11′的径向支撑面41上。由第一和第二端面齿38，39组成的齿对40与图1-3所示示意图相当，因此要参考对上述附图的说明。所述齿对具有所述轮毂/万向接头组件的相同的上述优点。
附图标记列表
11轮毂
12等速度万向接头
13轮轴轴承
14套管部分
15轮缘
16通孔
17夹紧装置
18第一孔
19孔
20第二孔
21内螺纹
22外接合部分
23内接合部分
24外滚道
25内滚道
26滚珠
27滚珠轴承罩(隔离圈)
28环形凸缘
29外螺纹
30花键
31盖子
32轴承滚珠
33轴承滚珠
34内轴承座圈
35滚珠轴环
36内轴承座圈
37外轴承座圈
38第一端面齿
39第二端面齿
40齿对
41支撑面
42第一齿
43第二齿
44齿端线(第一齿)
45齿根线(第一齿)
46齿端线(第二齿)
47齿根线(第二齿)
48底座
49端头
50卡盘
A旋转轴线

Claims (12)

1.具有旋转轴线(A)的轮毂/万向接头组件，包括
轮毂(11)，具有用于连接车轮的轮缘(15)和用于接纳轮轴轴承(13)的套管部分(14)；
等速度万向接头(12)，具有外接合部分(22)、内接合部分(23)和扭矩传输部件(26)；
其中，所述外接合部分(22)在它朝向所述轮毂(11)的末端具有一带有第一齿(42)的第一端面齿(38)，和
其中，所述套管部分(14)在它朝向所述等速度万向接头(12)的末端具有一带有第二齿(43)的第二端面齿(39)，其中，所述两个端面齿(38，39)彼此接合，用于传输扭矩；
夹紧装置(17)，用于将轮毂(11)轴向夹紧在所述外接合部分(22)上，所述夹紧装置(17)被轴向支撑在轮毂(11)上，并且被支撑在外接合部分(22)上，
其特征在于，所述两个端面齿(38，39)中的至少一个是以这种方式设计的，在所述组件夹紧在一起时，第一和第二齿(42，43)首先在径向外侧彼此接触，并且随着夹紧过程的进行，还在径向内侧上彼此接触，其中，所述至少一个端面齿(38，39)的齿端线(44，46)和齿根线(45，47)在位于端面齿(38，39)的径向内侧的交叉点(S)上彼此相交。
2.如权利要求1的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
交叉点(S)位于旋转轴线(A)上。
3.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
在松开状态下，所述至少一个端面齿(38，39)的齿端线(44，46)在径向外侧上离相对的端面齿(39，38)的齿根线(45，47)距离短于所述至少一个端面齿(38，39)的齿端线(44，46)在径向内侧上离相对的端面齿(39，38)的齿根线(45，47)距离。
4.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
所述第一齿(42)的齿端线(44)和齿根线(45)在第一交叉点(S1)上彼此相交，并且所述第二齿(43)的齿端线(46)和齿根线(47)在第二交叉点(S2)上彼此相交，其中，所述两个交叉点(S1，S2)在夹紧过程开始时具有彼此之间的轴向距离，该距离随着夹紧过程的发展而缩小。
5.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
所述两个端面齿(38，39)被设计成彼此相应。
6.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于，
在夹紧状态下，所述端面齿(38，39)的第一和第二齿(42，43)沿它们的齿面的整个长度彼此接触。
7.如权利要求6的轮毂/万向接头组件，
其特征在于，
当已经达到它们的标称夹紧力的75％时，所述端面齿(38，39)的第一和第二齿(42，43)沿它们的齿面的整个长度彼此接触。
8.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于，
在朝向所述等速度万向接头(12)的末端，所述套管部分(14)具有向外形成的滚珠轴环(35)，它夹紧在所述轮轴轴承(13)的内轴承座圈(34)上，其中，所述第二端面齿(39)是在所述滚珠轴环(35)上构成的。
9.如权利要求1或2的轮毂/万向接头组件，
其特征在于，
所述外接合部分(22)包括中央孔(20)，它是与所述夹紧装置(17)接合的。
10.如权利要求9的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
所述夹紧装置(17)是以实心螺栓的形式提供的，它被拧入孔(20)。
11.如权利要求9的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
所述夹紧装置(17)是以空心螺栓的形式提供的，它被拧入孔(20)。
12.如权利要求11的轮毂/万向接头组件，
其特征在于
所述孔(20)的内径(DG)与套管部分(14)的内径(DB)相当。
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