CN102815165B - 轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，包括芯轴，芯轴的内侧设有成型端，芯轴上设有外圈、内圈和离合环，成型端和离合环之间设有垫片，成型端通过翻边铆合依次将垫片、离合环和内圈紧固在芯轴上，垫片朝向成型端翻边弯角处设有内倒角，内倒角为变曲率曲面，芯轴的轴孔内侧端装配有圆柱滚针轴承，外侧端装配有深沟球轴承，内圈上设有斜齿齿轮，通过速度传感器配合对轮毂轴承单元进行测速。本发明取消现有翻边处的卡环，取而代之的是一个垫片，截面为准矩形，翻边的固定压力是通过垫片的上下端面传递到离合环的上端面，垂直压住离合环，固定的稳定性和可靠性都更好，有效避免了成型端翻边铆合处出现裂纹。

Description

轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元

技术领域

本发明涉及汽车轮毂单元，具体涉及在轮毂内侧端需进行驱动连接的驱动型轮毂轴承单元。

背景技术

目前许多汽车采用四轮驱动的驱动方式，从而能够获得良好的动力性。但在良好的水平路面上行驶时，两轮驱动的驱动形式就可以使车辆获得足够的动力性，如果仍然采用四轮驱动的驱动形式会增加汽车的油耗及由于四轮的不等速性造成轮胎的磨损。因此，四轮驱动汽车需要加装一种装置，可以使驾驶员根据汽车行驶工况，将其中的两个车轮与发动机动力分离和结合，实现两轮驱动和四轮驱动切换。目前国内市场上传统的多用途运动车、皮卡货车和厢式货车都采用了四轮驱动形式，在传动系统中增加一个分动器装置，驾驶员通过分动器操纵装置使分动器内的齿轮啮合和分离，从而控制前轮（后轮）是否参与驱动。这种四轮驱动形式使汽车成本增加，传动效率降低。

传统的汽车驱动力矩通常是由传动轴将动力传递到轮毂单元的轮毂外侧，带动汽车车轮旋转。这种结构要求轮轴、芯轴和外伸轴杆的结构强度要大于由轮毂内侧端传递转矩时的结构强度。

目前也有轮毂轴承单元在轮毂内侧端进行旋转力矩的啮合或分离传递，这种轮毂内侧端传递驱动力矩的方式能在减轻汽车重量的同时提高燃料的利用率和提升汽车性能，更快的响应和处理，更利于减轻悬架系统的簧下重量。其取消了传统的分动器及其附属装置，减少了零部件数量，降低了汽车成本，并提高了动力的传动效率。

采用轮毂内侧端进行驱动链接，其芯轴部分的翻边结构如下图1至图3所示：翻边铆合处放置一个带有开口的圆形卡环，内径略小于芯轴外径，开口是为了将其套在芯轴上之后，可以紧紧贴住芯轴外径表面；卡环截面为圆形，是为了芯轴翻边时，弯角靠住卡环的外表面形成圆弧状，以减小该处的应力集中和材料折叠。但采用上述结构存在如下技术问题：解剖实物分析，由于卡环直径较小，芯轴翻边后弯角处的折叠裂纹依然不可避免；同时，翻边时弯角处还会通过卡环对离合环形成一个较大的径向分力，造成离合环径向变形，甚至可能影响离合环与外驱动装置的啮合精度和灵活性，从图3可以明显看出其表面有折叠裂纹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，能够有效提高离合环与外驱动装置的稳定性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，包括芯轴，芯轴的内侧设有成型端，芯轴上设有外圈、内圈和离合环，其特征在于：成型端和离合环之间设有垫片，成型端通过翻边铆合依次将垫片、离合环和内圈紧固在芯轴上。

进一步，垫片朝向成型端翻边弯角处设有内倒角。

进一步，内倒角为变曲率曲面。

进一步，芯轴的轴孔内侧端装配有圆柱滚针轴承，外侧端装配有深沟球轴承。

进一步，内圈上设有斜齿齿轮，通过速度传感器配合对轮毂轴承单元进行测速。

进一步，斜齿齿轮与内圈为过盈配合。

进一步，外圈上设有圆锥面内滚道，圆锥面内滚道的底面素线为对数型微凸曲线。

进一步，内圈上设有圆锥面外滚道，圆锥面外滚道的底面素线为非对称型微凸曲线。

进一步，内圈与外圈的两侧端孔之间均设有密封件。

本发明由于采用了上述技术方案，取消现有翻边处的卡环，取而代之的是一个垫片，截面为准矩形，翻边的固定压力是通过垫片的上下端面传递到离合环的上端面，垂直压住离合环，固定的稳定性和可靠性都更好，有效避免了成型端翻边铆合处出现裂纹。

附图说明

图1为现有成型端翻边铆合部位示意图；

图2为现有成型端翻边（实物）截面图；

图3为图2中局部（框内）放大500×示意图；

图4为本发明轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元的结构示意图；

图5为本发明成型端翻边铆合部位的结构示意图；

图6为本发明成型端翻边（实物）截面图；

图7为图6中局部（框内）放大500×示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选具体实施方式作进一步描述。

如图4至图7所示为本发明轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，包括外圈14和芯轴1，芯轴1的中心阶梯孔内部内侧端装配有一列圆柱滚针轴承8，其外侧端装配有一列深沟球轴承2，通过此两列轴承与等速节相配合。芯轴1上设有两个锥形内圈12、一个上下端都开有花键槽的离合环11和一个方块形截面的垫片10，在本实施例中，离合环11优选采用直齿轮。芯轴1内侧的成型端9通过翻边铆合将垫片10、离合环11和内圈12紧固在芯轴1的成型端9和轴肩之间。垫片10朝向成型端翻边弯角处设有内倒角，内倒角为变曲率曲面。利用有限元仿真和产品试制试验相结合，获得翻边铆合不同阶段、不同弯转角度时弯角处接触区域的应力分布状态，以此调整垫片10与铆合翻边的过渡配合弯角不同位置的弧度，使得弯角处的最大应力下降40%～50%，有效避免翻边铆合出现裂纹；研究表明，垫片内倒角的曲率是翻边弯转角度的函数，其函数方程与翻边芯轴的高度、厚度和直径大小有关，与铆头轮廓有关，还与翻边铆合的压力和铆头旋压速度矢量有关。

芯轴1内侧前端开设有部分花键槽7，与离合环11的下侧端花键槽相啮合。方块形截面垫片10位于花键槽7的前端，紧靠着芯轴1的成型端9的内侧面和离合环11的前侧面，垫片10的高度稍高于成型端9的高度，其底端的曲面圆弧半径大小控制着芯轴成型端9的曲率半径大小。内侧内圈12的小端有一伸出端，其上设有一个斜齿齿轮4用于转速传感器3测速，两者在配合面上为过盈配合，保证可靠连接和测速的准确性。两个内圈12上均设有圆锥面外滚道19，外圈14上设有两列圆锥面内滚道18，圆锥面内滚道18与圆锥面外滚道19之间设有圆锥滚子13。外圈14的上端部15设有螺栓孔，用于和悬架系统上的转向节（附图中未示出）相连接，中部凸缘上开设斜通孔用于安装转速传感器3。圆锥滚子13由尼龙保持器5引导，与内圈12组成内圈组件。圆锥滚子13的大端面为球冠面，以减小圆锥滚子的大端面的滚动摩擦力矩。圆锥面内滚道18的底面素线为标准对数型微凸曲线：

$C=0.2\·\ln \left[\frac{1}{1.0067-{(\frac{2\·\mathrm{\λ}-1}{k}-1)}^2}\right]$

式中k是将滚道分割成小薄片的数量，λ是小薄片的位置坐标。

能够保证在正常载荷下，沿圆锥滚子与滚道主承载面的有效接触长度上应力分布均匀；在极重载荷下或者滚子发生偏斜时，能消除或减弱滚动接触面两端的应力集中，从而使得轮毂轴承单元不易发生早期失效。

圆锥面外滚道19的底面素线为非对称型微凸曲线。由于本发明汽车轮毂轴承单元结构的内圈12和芯轴1相配合，芯轴1与刹车盘（附图中未示出）整合在一起的，每次刹车时，轴承的滚动体与滚道之间都可能受到一个附加的冲击载荷作用，从而改变原设计中滚道上载荷分布基本均匀的分布。为了抵消这个特有的附加冲击力的影响，通过有限元仿真分析，建立了该附加冲击力分布的数学模型，并将其与原均布载荷下的对数曲线方程叠加，得到一个非对称型微凸对数曲线方程

$C_{\mathrm{\λ}}2\·{10}^{-}\underset{k=i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}f(q,p)\·{\mathrm{\ω}}^2{k}^2\ln \left[\frac{1}{1-{(1-\frac{2\·\mathrm{\λ}-1}{k})}^6}\right]$

式中k是将滚道分割成小薄片的数量，λ是小薄片的位置坐标，ω是小薄片的宽度，ρ是滚道曲率，f（q，ρ）是每个小薄片上的载荷分布函数。

通过有限元仿真可知，应用这样的曲面组合构成的滚道形状，可以保证轮毂轴承单元在承受较大的径向载荷的同时，即使还承受同等量级的轴向载荷和摆动扭矩复合载荷作用，滚动体与滚道也依然能够处于准纯滚动接触，从而有效的防止重载时因滑动接触增大而产生的温升，可达到最好的承载能力和高可靠性。

芯轴1的外侧端开设有螺栓孔的圆形法兰盘16，通过螺栓17将其与刹车盘和车轮连接（附图中未示出）。内圈12与外圈14的两侧端孔之间均设有密封件6，使得轴承内部的润滑油脂不会流失，同时外部的灰尘和雨水也不能进入，延长轴承的使用寿命。

本发明轮毂轴承单元适用转动力矩轮毂内侧传递的四轮驱动车型。

本发明汽车轮毂轴承单元的芯轴1的中部设有圆柱滚针轴承8和深沟球轴承2，芯轴1上套设有两个内圈12、一个上下端开设花键槽的离合环11和垫圈10，内圈12上设有圆锥面外滚道19，外圈14的中心孔内侧设有两列圆锥面内滚道18，圆锥面内滚道18与圆锥面外滚道19之间设有圆锥滚子13，固定在芯轴1内侧端的离合环11通过上侧端的花键啮合将转动力矩通过下侧端的花键啮合传递到芯轴1，再通过芯轴1的圆形法兰盘16将转动力矩最终传递到车轮上，从而使得该轮毂轴承单元能够实现轮毂内侧端进行力矩传递，并通过外设的控制装置实现等速节与离合环11上端花键的啮合或分离连接控制，从图7中可以看出其表面没有明显折叠裂纹。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，包括芯轴，所述芯轴的内侧设有成型端，所述芯轴上设有外圈、内圈和离合环，其特征在于：所述成型端和所述离合环之间设有垫片，所述成型端通过翻边铆合依次将所述垫片、所述离合环和所述内圈紧固在所述芯轴上，所述垫片朝向所述成型端翻边弯角处设有内倒角，所述内倒角为变曲率曲面，利用有限元仿真和产品试制试验相结合，获得翻边铆合不同阶段、不同弯转角度时弯角处接触区域的应力分布状态，以此调整垫片与铆合翻边的过渡配合弯角不同位置的弧度。

2.根据权利要求1所述轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述芯轴的轴孔内侧端装配有圆柱滚针轴承，外侧端装配有深沟球轴承。

3.根据权利要求1所述轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述内圈上设有斜齿齿轮，通过速度传感器配合对所述轮毂轴承单元进行测速。

4.根据权利要求3所述的轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述斜齿齿轮与所述内圈为过盈配合。

5.根据权利要求1所述轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述外圈上设有圆锥面内滚道，所述圆锥面内滚道的底面素线为对数型微凸曲线。

6.根据权利要求1所述轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述内圈上设有圆锥面外滚道，所述圆锥面外滚道的底面素线为非对称型微凸曲线。

7.根据权利要求1所述轮毂内侧端可分离连接的汽车轮毂单元，其特征在于：所述内圈与外圈的两侧端孔之间均设有密封件。