CN101963192A - 滚动轴承的外套圈 - Google Patents

Abstract

一种用于具有两套轴承滚珠的角接触滚动轴承的外套圈(10)，通过卷绕薄壁金属元件而获得。该套圈具有带适于容纳在圆柱壳体(H)中的各自的外圆柱表面(11a、12a)的两个管状的圆柱侧部分(11、12)和带在圆柱表面(11a、12a)中形成径向凹陷的U形轴向截面的凹槽形式的外表面(13a)的中心部分(13)。一种套圈(10)，关于通过中心部分(13)的中心径向中间平面(P)对称，并由具有大约1％碳含量的钢制成。该套圈包括一系列的固定或者可变厚度的部分，其赋予套圈良好的耐用性。

Description

滚动轴承的外套圈

技术领域

本发明涉及具有两套轴承滚珠的角接触滚动轴承的卷绕(rolled)的外套圈。特别地，本发明意在用于小型到中型汽车的车轮的轮毂中。

背景技术

在过去已经提出由薄壁金属元件卷绕形成外套圈而制造滚动轴承的许多方法，其中一个例子在专利文献DE 2636903A1中提出。到目前为止，从行业的观点来看，该技术没有产生令人满意的结果，因为通过这样的卷绕处理制成的轴承在实际的汽车行业的应用中呈现出耐用性的不足的。当受到操作载荷时，太高百分比的这些轴承套圈呈现出破裂或者断裂，这样，在实际中排除了从财务观点来看是高度有利的设计的实际应用。在其它情形中，套圈甚至在它们被卷绕时就断裂。

专利DE 924924C公开一种用于具有两套轴承滚珠的滚动轴承的外套圈，其由薄壁金属元件的塑性变形制成。外套圈的整体形状在权利要求1的前序部分限定。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轴承的外套圈，其中上述缺点被完全消除。

该目的通过根据本发明具有在所附权利要求中限定的特征的轴承套圈实现。

附图说明

本发明的许多优选的但非限定性的实施例将参照附图进行描述，在附图中：

图1是本发明的第一实施例的通过轴承套圈的部分轴向截面；

图2是通过包括如图1所示的套圈的具有两套轴承滚珠的角接触轴承的部分轴向截面；

图3是如图1所示的套圈的一部分的放大视图；以及

图4-7以示意图的形式示出本发明的其它实施例。

具体实施方式

首先参照图1和2，标号10是根据本发明的套圈的总的附图标记。套圈10构成用于机动车辆的车轮的轮毂的轴承的径向外套圈，并包括带外圆柱表面11a、12a的两个管状圆柱侧面部分11、12以及带外表面13a的中心部分13，该外表面13a成形为具有径向凹陷到圆柱表面11a和12a中的U形轴向截面的凹槽。

套圈10具有关于与具有两套轴承滚珠(图2)的角接触滚动轴承的旋转轴重合的中心轴x轴对称的结构，该轴承的套圈10构成形成用于各自的两系列的滚珠24、25的外滚道14、15的外套圈。套圈10还关于中心径向中间平面P对称。两个滚道14、15由两个各自的环形表面的部分形成，所述两个环形表面都具有不小于20°但不大于45°的角度的相同的恒定曲率半径。曲率半径是在4毫米和6毫米之间。曲率中心标注有C(图3)。滚珠24、25径向地介于外套圈10和轴向方向相邻的两个各自的径向内套圈34、35之间。凹陷的中心表面13a的轴向尺寸使得包围与外滚道14、15径向对齐的区域。当外套圈10布置在机动车辆的悬架的圆柱壳体(未示出)中时，在壳体和套圈10的凹陷外表面13a之间没有明显的接触。与壳体的接触限制到圆柱侧表面11a和12a。

套圈10在图1和3中示出为形成在滚动操作结尾。套圈10由薄壁管状或者环形片制成，其可以通过指示具有大约1毫米和大约6毫米之间的径向厚度。套圈10由具有一定碳含量(大约1％)的一类钢制成以使得其适于在卷绕后通过单一淬火/回火周期经受通体加硬的热处理。特别优选的是“100Cr6”钢，其能够在淬火后具有高度精确的最终几何结构，具有适当的冶金属性。

现参照图3：

x是位于关于套圈10的末端轴对称的轴上的点的横坐标；

w是套圈10的两个相对轴向末端之间的距离；

x’是位于轴对称的轴上的横坐标x的点的相对位置，限定为：

$x^{\′}=\frac{x}{w}$

Y是由套圈的中线M和轴平面之间的交叉标识的点，所述轴平面为通过旋转中心轴(或轴对称的轴)的平面；

t是沿着垂直于通过点Y的中线M的直线测量的套圈的厚度；

xc’是滚道的曲率中心C的相对位置；

T是套圈的厚度，其中x’＝xc，也就是在曲率中心C；

t’是套圈10的相对厚度，限定为：

$t^{\′}=\frac{t}{T}$

DI是套圈10在总相对位置x’中的内径；

DMAX是套圈10的最大外径；

DI’是相对内径，限定为：

${\mathrm{DI}}^{\′}=\frac{\mathrm{DI}}{\mathrm{DMAX}}$

根据本发明的套圈的几何结构现将利用上面标识的参数并在其两个轴向末端之一开始以其各个部分进行限定，所述各个部分在轴向方向彼此相随，其中x横坐标为零。

a)对于0＜x’＜0.02        0.5＜t’＜0.8

在标注有“a”的第一轴向末端部分，套圈的外圆柱表面11a和内圆柱表面11b在11c和11d处圆锥倒角或者圆倒角，从而减小套圈在轴向向外方向的径向厚度，这是由于以下数个原因：

-为了便于将套圈插入到其壳体(未示出)中，所述壳体通过汽车的悬架形成；

-为了便于轴承密封件的干涉配合以密封轴承外套圈和内套圈之间的间隙；以及

-为了优化在向着套圈的轴向末端过渡的区域中的结构张力的分布。

b)对于0.025＜x’＜0.140      0.96＜t’＜1，其中t’为常数。

紧随圆锥或者圆形部分11c、11d的是恒定截面的标注有“b”的管状圆柱部分：这用以分布由套圈在其壳体内的径向干涉配合所致的应力。部分“b”通过干涉而优化分布来自套圈的中心向外的接触力。在整个部分“b”，套圈10施加大致恒定的径向压力在外部壳体上。

c)对于0.15＜x’＜0.185        0.93＜t’＜0.90

从套圈的内圆柱表面11b延伸的是限制深度的圆周凹槽16，其提供在旋转元件的接触力中并不涉及的外部恒定截面部分和在旋转元件的接触力中涉及的滚道截面之间的集中的过渡区域。凹槽16提供用于密封件S(图4)的轴向保持座。作为一种替代，凹槽16可以提供用于具有向外延伸部A(图5)的保持架G的导引。将该凹槽布置在这个位置产生用于打磨滚道的砂轮的退出区域。

d)对于0.20＜x’＜0.25    t’＝1

紧随凹槽16，套圈具有部分“d”，其比部分“b”更厚，因此更不易变形，以在壳体的相应的更大区域分布由于通过轴承滚珠传递到套圈10的大部分径向载荷产生的应力。

e)对于0.26＜x’＜0.28    1.01＜t’＜1.04T

套圈10的厚度在区域“e”(在此称作“非接触区域”)中最大以处理套圈10的圆柱区域“d”和轴向中心区域之间的弯曲应力，所述圆柱区域“d”接触壳体，所述轴向中心区域径向凹陷并形成中心U形凹槽，在那里套圈10并不接触壳体。

f)对于0.29＜x’＜0.40    0.69＜t’＜0.98

在这个下一非接触部分“f”中，在区域0.29＜x＜0.40中相对厚度t’随着x’增大而从t’＝0.98减小到t’＝0.69。这种形状优化在塑性变形过程中材料的流动以最小化在成形工艺过程中的应力并防止在金属材料进行卷绕时形成裂缝和裂口。

g)对于0.40＜x’＜0.42    0.81＞DI’＞0.795

在这个部分中，相对内径DI’随着X’增大而在0.81和0.795之间的值中减小。

h)对于0.42＜X’＜0.475    0.795＞t’＞0.785

在这个部分中，DI’随着X’增大而在0.795和0.785之间减小。

在0.42＜x’＜0.44附近，t’＝0.89。在此，相对厚度达到其最大值0.89，这样在包含滚道的弯曲部分和与套圈的两个半部结合在一起的水平部分之间的过渡中产生更强的区域，以使得经受得起操作条件下的弯曲载荷。

i)对于0.475＜X’＜0.50，值DI’为常数。

由参数DI’关于在g)、h)和i)部分中的相对位置x′的路径限定的内部轮廓是为了优化在转动过程中润滑剂在离心力下的流动以实现最好的润滑状态的目的。

为了能够结合在本发明的壳体和套圈之间，其提供冷却剂(例如水)沿着外部中心凹槽的充分流动的用于冷却该套圈的系统，以及为了同时保证在单独的结构中足够的径向间隙以容纳适于保持外套圈10在壳体H(参照图6)中的压缩弹簧B，套圈10验证以下条件式：

$0.84<\frac{\mathrm{DOM}}{\mathrm{DMAX}}<0.86$

其中：

DOM是对于x’＝0.5的外径，

此外，其中：

DGB是对于x’＝XC’的内径，

DIM是对于x’＝0.5的内径，

条件式

$0.21<\frac{W-2{\mathrm{XC}}^{\&prime;}}{\mathrm{DMAX}}<0.26$ 以及 $1.65<\frac{W-2X{C}^{\&prime;}}{\mathrm{DGB}-\mathrm{DIM}}<2$

优化套圈10的两个滚道相对于套圈的径向尺寸的曲率中心之间的轴向距离。

最后，参照如图7所示的替代实施例，套圈10的腔或内圆柱表面11b的入口可以具有下凹轮廓。对于0＜x’＜0.04，t’随着x’增大而在0.37和1之间增大，内部轮廓具有值在R＝1.8毫米和R＝2.5毫米之间的固定曲率半径以为了给出其中利用两个唇形密封件S的倾斜滑动座E，所述唇形件具有不同的径向延伸部并在外套圈的内部轮廓上滑动。倾斜座E，与上述类型的密封件结合，提供对污染物在平行于旋转轴方向的外部流动的更好的防护。

在补充的实施方式中，与原构型相比，标注有b′的恒定截面部分可以向着末端进一步延伸。

并不希望受关于本发明的任何特定的理论约束，申请人进行的实验表明，由于上面特定的几何结构，在卷绕阶段结束后获得的套圈并不形成裂缝以及随后的断裂，并提供令人惊喜的可靠性能。

Claims (6)

1.一种具有两套轴承滚珠的角接触滚动轴承的外套圈(10)，该外套圈通过从薄壁金属元件开始的卷绕而获得，其中，所述套圈具有：

两个管状圆柱侧部分(11、12)，其具有适于容纳在圆柱壳体(H)中的各自的外圆柱表面(11a、12a)，以及

中心部分(13)，其具有呈U形轴向截面的凹槽形状的外表面(13a)，关于所述圆柱表面(11a、12a)径向凹陷，所述中心部分(13)形成用于两个各套轴承滚珠的外滚道(14、15)，

所述套圈(10)关于通过所述中心部分(13)的中心径向中间平面(P)对称，

其特征在于，所述套圈(10)由具有大约1％的碳含量的一类钢制成，并且限定：

x是位于轴对称的轴上的点的称作套圈(10)的末端的横坐标；

w是套圈(10)的两个相对轴向末端之间的距离；

x’是具有位于轴对称的轴上的横坐标X的点的相对位置，限定为

Y是套圈的中线(M)和轴平面之间的交叉点；

t是沿着垂直于通过点y的中线(M)的直线测量的套圈的厚度；

xc’是滚道(14、15)的曲率中心(C)的相对位置；

T是套圈在曲率中心(C)的水平处的厚度；

是套圈(10)的相对厚度；

所述套圈依次提供其中相对厚度如下变化的长度：

对于0.025＜x’＜0.140    0.96＜t’＜1，其中t’为常数；

对于0.20＜x’＜0.25    t’＝1；

对于0.26＜x’＜0.28    1.01＜t’＜1.04T；

对于0.29＜x’＜0.40    0.98＞t’＞0.69T；

对于0.40＜x’＜0.42    0.81＞DI’＞0.795；

对于0.42＜X’＜0.475    0.795＞t’＞0.785。

2.如权利要求1所述的轴承套圈，其特征在于，在0.42＜x’＜0.44附近，t′＝0.89。 

3.如权利要求1或2所述的轴承套圈，其特征在于，对于0.472＜x’＜0.50，套圈(10)的内径的值DI’恒定。

4.如前述任一权利要求所述的轴承套圈，其特征在于，限定深度的圆周向凹槽(16)从所述套圈的内圆柱表面(11b)延伸，由此在0.15＜x’＜0.185的部分，0.93＜t’＜0.90。

5.如前述任一权利要求所述的轴承套圈，其特征在于，它符合以下条件式：

其中：

DOM是对于x’＝0.5的外径，

DMAX是套圈(10)的最大外径。

6.如前述任一权利要求所述的轴承套圈，其特征在于，它符合以下条件式：

以及

其中：

DGB是对于x’＝XC’套圈(10)的内径；以及

DIM是对于x’＝0.5套圈(10)的内径。 

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