CN101410258A - 非对称轮毂组件 - Google Patents

Abstract

一种轮毂轴承组件，包括一轮毂，其具有位于一个轴端的径向向外定向的用于安装车轮的凸缘，一外侧环，其具有轴向间隔轴承滚道；及以两排的方式安装于所述外侧环和所述轮毂之间的环形空间中的多个滚轮元件；所述凸缘附近的滚动元件外侧排的节圆直径大于内侧排中的滚动元件的节圆直径。

Description

非对称轮毂组件

技术领域

本发明涉及在用于车辆的轮毂单元的改进，并且特别是涉及一种新的用于旋转地支撑车辆轮子的非对称轴承结构。

本申请要求于2003年10月递交的美国临时申请系列号为60/511004的权益。

背景技术

用于车轮的轮毂单元本身并不是一种新技术。现有技术中的代表性部件包括例如2000年3月14日出版的YOSHIAKI的美国专利No.6,036,371“用于车轮的滚动轴承”以及1982年1月8日出版的Evans的美国专利No.4,333,695“滚动轴承”。如这些专利所示，所述轮毂单元一般包括大概为圆柱体的轮毂，该轮毂带有径向向外定向的凸缘，用于通过一系列在圆周方向上间隔的并能容纳支撑车轮的托架(lug)或螺栓的螺栓孔安装在车轮上。一对轴承的轴向间隔的排支撑所述车轮从而使车轮可以在具有用于滚动元件的内部滚道的外环之间进行旋转。在Yoshiaki的6,036,371专利中，所述轴承支撑包括一排滚珠和一排锥形滚轮。

即使这些轮毂组件一般情况下都可以满足想要达到的目的，但是本发明是对这种一般类型的轮毂组件进行的改进，其特征在于，结构和安装的新颖特征与现有技术相比具有功能上的优势，例如在轴承上具有更加平衡的负载分布，而且所述被称作“更坚硬”的轮毂，可以减小弯曲力矩，尤其有益于转向操作。

发明内容

本发明提供了一种非对称的单元，其中，在所述轮毂的径向凸缘附近的外侧排轴承的节圆直径大于轴承内侧端的节圆直径。在本发明的优选实施例中，轴承的外侧排和内侧排都是角接触的滚珠轴承，并且外侧排或者车轮端的直径优选情况下至少要比内侧悬挂端的轴承排的节圆直径大5毫米。通过这种结构，两个轴承排的接触角与轮毂轴线相交的位置的压力中心之间的距离可以被最大化，从而提供高的弯曲刚度。而且，所述外侧排优选情况下也与轮毂轴线相交在所述轮毂凸缘的外侧，从而能够使内侧和外侧轴承排之间的负载更加平均。此外，由于采用了非对称的设计，外侧排可以容纳较多的滚珠，从而在不改变装置的几何结构的同时增加轴承的容积。使用这种设计，外侧压力中心可以比对称部件外侧压力中心的位置更加靠外，而不用增加接触角以及减小轴承径向的动力学的容量。

换句话说，将现有技术中的对称滚珠单元与本发明的非对称部件进行比较，可知非对称结构可以提供更大的容量而不用改变转向节或轴向凸缘的几何尺寸。因此，轴承设计人员可以将滚珠轴承应用到一般需要锥形轴承的情况中，从而提供经济性而不影响性能。

如上面所述，使用非对称设计增加轮毂的刚度可以改善噪音和振动刚性，提高转向准确度和车辆的动态性能，并且也可以改善由于转轮实际运行而带来的制动磨损。

由于非对称设计提高了刚度，所以轮毂部件可以容纳向轮毂施加较大弯矩的大直径的车轮。非对称设计也可以在不改变轮毂设计的情况下增加车轮的尺寸。

总之，本发明改善了轮毂凸缘的强度，增加了稳定性并提高了轮毂使用的安全性。

附图说明

下文将结合附图更加完整地阐述本发明的这些和其它目的和各个特点以及操作和结构的详细内容，其中：

图1是根据本发明所述的非对称轮毂组件的横向剖面图；

图2是根据本发明所述的非对称轮毂组件的另一实施例的横向剖面图；

图3是根据本发明所述的非对称轮毂的横向剖面图，图中示出的非对称轮毂与现有技术的对称结构相比能够平衡负载并减小外侧排组件的径向负载成分。

图4是比较现有技术的对称系统和本发明的非对称轮毂组件的负载分布的分离体示意图。

图5是比较本发明的非对称轮毂设计和现有技术非对称系统的弯矩的分离体示意图。

具体实施方式

现在参照附图，尤其是图1，附图标记(10)示出了根据本发明所述的非对称轮毂组件。轮毂组件(10)包括细长轮毂(12)，该细长轮毂具有花键用的在轮毂(12)的轴向延伸的中心开口，在轮毂外侧或轮端具有圆周方向延伸的径向向外定向的凸缘(16)，该凸缘具有一系列在圆周上有间隔的孔洞(18)从而可以通过柱螺栓(20)安装于车轮上。

轮毂组件(10)包括滚珠轴承的外侧排和内侧排，即依靠在外环(26)的外侧轴承滚道(22)、(24)上的Ro、Ri。支撑外侧排Ro的内侧轴承滚道(28)与轮毂(12)形成整体且支撑内侧排滚珠轴承Ri的内侧轴承滚道(30)形成于环形插入物(32)上，在组装Ro、Ri两排中的滚珠后，通过在轮毂(12)内侧轴端的沿圆周延伸的缘(34)该插入物被保持定位。常规密封物S位于轮毂(12)和外侧环(26)的环形间隔的相对轴端处。而且，外侧环(26)在其内侧端或悬挂端具有装置(27)，从而将其固定于车辆的机架或转向机构上。传感器(38)也安装在外侧环(26)中，该传感器面对轮毂上的传感环(40)，从而以常规方式测量旋转速度。

本发明的特征在于，结构和安装的新颖特征提供一个非对称轴承，其与现有技术相比具有功能上的优势。为了达到这一目的，滚珠Ro外侧排的节圆直径D优选情况下要大于滚珠Ri内侧排的节圆直径Di。直径Do、Di的差距优选情况下至少为5毫米。而且，轴承的接触角α与轮毂旋转轴A-A相交，这里的相交点定义为压力中心Po、Pi。压力中心Po、Pi位于凸缘(16)的外侧，处于轮毂组件的外侧端和内侧端，从而改善了性能，例如使轴承Ro、Ri具有较高的负载承受能力和更均匀的负载分布。

图3示出了路面力是如何作用在根据本发明所述的角接触滚珠轮毂部件的压力中心Po、Pi上，从而改善轴承Ro、Ri上的负载分布并且减少组件外侧凸缘(16)上的弯矩力臂的。

如图3所示，对于其中内侧排和外侧排Ri、Ro的节距直径相同的轴承结构来说，来自轮胎表面的负载力Fr作用在轴承几何中心B-B的外侧。因此，从轴承轴线A-A的力Fr施力点到外侧压力中心Po的距离短于到内侧压力中心Pi的距离，因此，基于简支梁的理论，作用在外侧轴承Ro的外侧排上的垂直力F_v2的大小就要大于作用在内侧的力F_v1。如图3所示，通过增加外侧轴承Ro的节圆直径Do而不改变接触角的大小，到达力F_v3的距离会增加，从而减小了该力的大小。增加外侧节圆直径Do可以在每个滚珠之间提供更大的空间或间隔，因此，滚珠外侧排Ro的直径的增加可以使外侧排Ro的预期寿命增加两倍，更多的滚动元件可以提供额外的负载承载量并在轴承Ro、Ri之间更平衡地分布负载。在大多数情况下，由于主要因为转向节和刹车件的几何结构，轴承外侧的径向空间大于内侧的径向空间，所以组件的整个几何结构不会由于滚动元件外侧排Ro的节距直径Do的增加而受到影响。

图5是分离体示意图，示出了在转向状态下侧向路面力Fa对作用在轮毂组件上的弯矩的影响。如图5所示，对称结构的力矩臂L₁大于非对称结构的力矩臂L₂，由于这一原因，A的力矩为Fa×L₁，B的力矩为Fa×L₂，A的力矩要大于B的力矩。因此，由于力矩臂的不同，所以对称结构上的有效力矩较高，因此轮毂凸缘上产生的力矩会更多，对轮毂组件的“刚度”产生了不利的影响。

图2示出了根据本发明所述的非对称轮毂组件的改进实施例。由附图标记1 0a所指定的轮毂组件一般情况下各部件都是相同的，除了内侧轴承Ri为锥形滚轮轴承外，该内侧轴承Ri应用到主要负载为径向的情况中。这种结构可使用于现有的锥形滚轮轴承需要被替换而不必改变转向节直径的情况下。

本发明可以在主要是径向负载的情况下改善性能，例如应用于典型地使用锥形滚轮的重型卡车中。轴承采用了上述的内侧和外侧排Ri、Ro的相同的偏移关系，接触角α优选情况下相交于轮毂轴端的外侧。在外侧排Ro使用滚珠的优选非对称设计能够在不牺牲负载承载容量的同时改善轮毂刚度和结构强度。

如上所述，在对称设计中，作用在外侧排的垂直力F_v2的大小大于作用在内侧的力F_v1，所述力F_v1会降低外侧排Ro的预期寿命。通过增加节圆直径以完成一个非对称设计，即使不改变接触角α也会得到成倍的效益。如图3所示，F_v3的大小被减小，并产生有更多的空间以容纳更多的滚珠，从而改善预期寿命并产生进一步减小的力F_v4。

总之，非对称设计的益处包括高的弯曲刚度提供的改善的制动磨损，较好的驾驶精度，优化的轴承容量和预期寿命。

虽然这里示出并描述了本发明的特定实施例，但是并不是为了限制本发明，在所附的权利要求的范围内也可以进行修改和变动。

Claims (4)

1、一种轮毂轴承组件，包括一轮毂，其具有位于一个轴端的径向向外定向的用于安装车轮的凸缘；一外侧环，其具有轴向间隔轴承滚道；及以两排的方式安装于所述外侧环和所述轮毂之间的环形空间中的多个滚轮元件；在所述凸缘附近的滚动元件的外侧排的节圆直径大于内侧排中的滚动元件的节圆直径。

2、根据权利要求1所述的轮毂轴承组件，其中所述两排滚动元件都使用滚珠。

3、根据权利要求1所述的轮毂组件，其中所述外侧排的滚动元件都使用滚珠，所述内侧排的滚动元件使用锥形滚轮。

4、根据权利要求1所述的轮毂组件，其中所述外侧排的节圆直径至少比滚动元件的内侧排的节圆直径大5毫米。

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