CN102896237B - 轮毂内圈上前齿圈的成型方法及如此形成的膨径环和轮毂 - Google Patents

轮毂内圈上前齿圈的成型方法及如此形成的膨径环和轮毂 Download PDF

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Abstract

本发明是轮毂内圈上前齿圈的成型方法及如此形成的膨径环和轮毂，涉及一种方法，包括以下步骤：在轴的第一端(9)的一侧形成轮毂(1)的内圈(3)，作为轴(7)和固定到该轴上的插入圈(8)的连接；通过塑性变形该轴的第一端将该插入圈轴向支持在该轴上，以便随其形成膨径环(10)，其从该圈轴向突起；以及一旦形成膨径环的步骤完成，向前获得前齿圈(5)；在从该圈(8)轴向突起的环的一部分中，完成的环(10)具有预定几何形状，其在径向截面中大致限定了不等边三角形，其具有面向该圈的底部和相对底部的圆形的顶点。

Description

轮毂内圈上前齿圈的成型方法及如此形成的膨径环和轮毂
技术领域
本发明涉及一种通过塑性变形在轮毂内圈上形成前齿圈的方法。特别地，本发明应用于轮毂，其内圈包括轴和插入圈，轴具有用于滚动体第一胎冠的滚动座圈，插入圈具有用于滚动体第二胎冠的第二滚动途径的，其中该插入圈通过由塑性变形的轴的端部限定的膨径环轴向地保持在该轴上。
本发明进一步涉及一种由塑性变形轮毂内圈的所述轴的材料的方式形成的具有试图得到的特定几何形状的膨径环、在膨径环上且通过进一步塑性变形得到的所述前齿圈以及具有该前齿圈且具有改善机械性能的轮毂。
背景技术
在所述类型的轮毂中，前齿圈的目的是头对头地连接轮毂内圈与相应的定速接头外圈的前齿圈，以确保扭矩从定速接头传递到轮毂内圈，其通过其凸缘端部支撑车辆的车轮。US-A-4893960中描述了这种类型的连接，其还教导了如何在轮毂内圈上制造前齿圈。
EP-B-1866553教导了如何制造具有特定几何尺寸的轴的终端部分，其可便于通过塑性变形得到膨径环的操作，特别是避免了在形成前齿圈的最后步骤期间的缺陷，其通过所谓的“摆辗成形”方法的方式直接在膨径环上得到，不管是在形成相同的操作期间或之后，因此由于轴的终端部分的特定几何尺寸的选择，从径向方向上看，进一步得到齿的上部或头部或脊部的最终轮廓，其特征在于具有弯曲外形的第一径向外部部分和第二矩形部分之间的至少一个不连续点，于是第二矩形部分通过也是弯曲的第三部分连接到齿的底部。
发明内容
尽管上述方法和结构是相当满意的，但是它们导致获得的齿依赖于轮毂定速接头的耐用性不完全可靠，并且当装配接头时可能容易卡住。
因此本发明的一个目的是克服现有技术中的缺点，特别是提供一种在轮毂内圈上通过塑性变形形成前齿圈的方法，其能依赖于由轮毂定速接头组成的接头的耐用性根据工作扭矩传递确保改善的性能、尺寸相等、高可靠性，并且根据本发明在齿圈之间光滑的啮合不会卡住，并且在定速接头的外圈上得到相应互补的前齿圈，与通过铸造/锻造而不是塑性变形得到的轮毂不同。
根据本发明，提供如权利要求1所定义的一种通过塑性变形在轮毂内圈上形成前齿圈的方法。
此外，根据权利要求5，提供一种膨径环，其通过由轴和以轴向支持的方式安装在轴上的插入圈组成的轮毂内圈的轴的塑性变形材料制成。
最后，根据本发明，根据权利要求9，提供一种轮毂，所提供的轮毂，在其内圈上具有前齿圈。
通过在经由分离操作获取膨径环时形成前齿圈和通过形成根据本发明的特定几何尺寸的膨径环，EP-B-1866553中描述的缺点可以完全避免，即使从具有圆柱形几何尺寸并且没有扩大部分的轴的终端部分开始，假定长度是适当的。此外，根据所需工时和能量消耗，通过冷塑性变形的方式形成在膨径环上的前齿圈的步骤是简单的并且更容易制造且成本较少。
最后，根据本发明获得的前齿圈的齿的上部或头部的最终外形使得所提供的轮毂能以比现有技术中更可靠的方式与定速接头的前齿圈啮合，特别能确保定速接头/轮毂齿合的延长的耐用性，能容易地装配和拆装，因为其由于不存在诸如尖锐的边缘之类的不连续性，基本上没有卡住的危险，并且能更好地传递扭矩，尽管保持了相同的尺寸，由于根据本发明的齿外形确保了在齿侧面之间更大的接触表面，即使齿圈的内外直径与现有技术中的保持相等。
最后，即使具有相同的传递扭矩，根据本发明的轮毂前齿圈的齿和定速接头齿圈的齿之间的接触压力减少，此外沿着齿的外形具有较低的局部应力集中，因此确保了更光滑(例如，没有猛拉)和更安静的扭矩传递。
附图说明
本发明进一步的特征和优势将参考附图从以下非限制性实施例的描述中变得明显易懂，其中：
图1概略地示出了根据本发明制造的具有前齿圈的轮毂的端部的径向截面的纵向正视图；
图2缩小比例地示出了在根据本发明的成形方法的第一步骤结束时图1中的轮毂，轮毂的相关细节包含在虚线矩形内；
图3放大比例地示出了图2中轮毂的包含在虚线矩形内的细节；
图4通过根据本发明制造的前齿圈示出了根据本发明的成形方法的第二步骤结束时图3中相同的细节；和
图5概略地示出了图4中齿圈的齿的设计的透视径向视图。
具体实施方式
参考图1和图2，数字1表示整个轮毂，本身是已知的，包括外圈2，在使用中试图以已知的方式限制在车辆悬架的立柱，和内圈3，在它们之时布置有滚动体4的两个胎冠。使用中，内圈3通过前齿圈5可操作地与定速接头(已知的且没有明确示出)结合，并具有由车轮轮缘(图2)定义的保持工具6。
特别地，根据已知结构，内圈3包括轴7，轮缘6整体地与其成为一体，并且“插入”圈8固定到面向轮缘6相反侧的轴7的终端9和使用中的所述定速接头；内圈3、轴7和圈8相对于轮毂1对称面A的轴线相互同轴。
圈8通过由最初同轴地从圈8突起的轴7的终端9的塑性变形的方式获得的膨径环10同轴地保持在轴7上；环10同轴地从圈8突起并支持在形成在其基本垂直于通常为轮毂1对称面A(图2)、特别是内圈3的轴线布置的终端前表面12的前齿圈5。
现在参考图2和3，齿圈5通过区别于已知现有技术的参数和操作顺序的特定选择的方法形成。
类似于其它已知的方法，如已经描述过的，轮毂1的内圈3形成作为在轴7和固定到轴的插入圈8之间的接头，以便轴的第一端部9从插入圈8轴向突起；然后插入圈8通过塑性变形轴的端部9轴向支持在轴7上以便形成膨径环10；最后，前齿圈5从相对插入圈8的一侧向前压印在环10上。
然而，尽管在现有技术中，在形成环10的步骤期间或之后质量不高地形成齿圈5，但是根据本发明的第一方面，压印前齿圈5的步骤仅仅在形成环10的步骤完成之后在完全地完成的环10上实施；此外，实施形成环10的步骤以便完成的环在环10的一部分从插入圈8轴向突起、特别是在终端前表面12处，具有预定的几何形状，在径向截面，其是具有底部面向插入圈、顶点相对在圆形的形状内的底部的大致不等边三角形；本质上，前表面12形成为具有上述不等边三角形的不对称的“凸出部分”，其在径向截面具有圆形顶点。
这种构造，特别是如果一系列的构造参数是有关的，令人惊讶地的是允许较好的和“稳定的”齿圈5通过操作一个系统以实施被称为摆辗成形的成形操作得到，其中齿圈在尺寸上较好，使用较少的能量且避免了现有技术中典型的缺陷。
特别参考图3，通过塑性变形的方式成形环10的步骤，也使用摆辗成形技术实施，必须按照本发明小心地监测以便从插入圈8轴向突起的环10的完成部分包括，如图3清楚地看到：第一圆锥表面13，其径向限定环10朝向内圈3的内部并具有面向插入圈8的圆锥；第二圆锥表面14，其径向限定环10朝向内圈3的外部并具有背向插入圈8的圆锥；和弯曲表面15，其在具有最大厚度的环10的一部分16处与第一和第二圆锥表面13和14彼此无缝连接，即，最大厚度即相对于插入圈8最大的悬垂的轴向延伸。
为了得到齿圈5正确的成形，实验发现角度α与由圆锥表面13与内圈3对称面A的轴线形成的角度ε互补，其中角度α在形成环10内侧面的表面13和圈8之间，必须保持在从20°到60°的范围内；类似地，角度β在形成环10径向外侧面的圆锥表面14和插入圈8之间，必须保持在145°到110°的范围内。根据本发明的方法，这种角度因此基于轮毂1的其它尺寸通过考虑这些参数、选择合适的角度值来形成。
最后，可以发现弯曲表面15以凸出的方式连接圆锥面13和14，因为其曲率的中心总是布置在圈8的一侧，必须作为混合表面形成，其中径向部分轮廓包括布置在表面13一侧的第一曲线部分17和布置在表面14一侧的第二曲线部分18，这些部分在环10的相对于内圈突起的最大轴向延伸处彼此连接，即在部分16的最大厚度处。
在环10的形成步骤之后，轮毂1因此如图2中所示且特征在于膨径环10具有预定几何形状和尺寸的组合，如前所述。
特别地，第一圆锥表面13和第二圆锥表面14通过弯曲表面15在相对于插入圈8具有最大悬垂轴向延伸的部分16处彼此无缝连接。环10相对于插入圈8的最大轴向延伸值，在图3中由H表示，选作所需齿圈5的尺寸函数，但是必须保持在4.5毫米到9毫米的范围内。此外，第一曲线部分17的曲率半径RI必须保持在1.5毫米到7毫米的范围内；类似地，第二曲线部分18的曲率半径RE必须保持在1.5毫米到7毫米的范围内。
根据环10的其它尺寸参数，通常选择半径RI和RE以便彼此不同，但是也可以相同。在所有例子中，选择它们以便两个曲线部分17和18在环10相对于插入圈8的最大悬垂轴向延伸处彼此连接，值为H，以便不会朝向表面13、14或在表面15上产生任何不连续。
在根据本发明的该方法的最后步骤期间，齿圈5通过摆辗成形的方法使用已知的成形工具压印在完成的具有上述几何和尺寸参数的环10上，在图4中由虚线和参考数字19图示地表示。这将形成以便齿圈5具有多个齿20(图4和5)绕轴线A布置在圆形胎冠内，沿圆周以不变的间距隔开，径向地指向纵向，具有齿的相对于轴线A沿周向指向的厚度和高度以便平行于轴线A。
前齿圈5的每个齿20具有，在图4中由薄平面表示的轮毂1的径向截面平面上，在齿20的头部或脊部21和齿20的底部22之间轴线A的方向上测量的高度，在第一点A和第二点B之间变化，其中第一点是位于齿底部22的所有点中处于最外侧径向位置的一点，第二点是位于齿底部22的所有点中处于最内侧径向位置的一点。在点A，齿20的高度为零，然后达到最大值，并且一旦再次处于点B时，则降低到零值。
根据本发明的一方面，在点A和点B之间并且在轮毂1的径向截面内的每个齿20的高度通过由齿20的脊部或头部21形成的轮廓23限定，其中到处都没有不连续的点，因此形成角度边缘。
轮廓23优选在轮毂1的径向截面上具有曲率，其总是大于1毫米并且不是无限的。换句话说，其是完全弯曲的、凸起的(所有曲率中心在底部22的部分)、连续的轮廓。
然而，前齿圈5的每个齿20的轮廓在轮毂的径向截面上可以具有曲率到处高于1毫米的弯曲部分和至少一个直线部分，其中曲率趋向于无限，只要考虑到轮廓23没有不连续的特征。
在相对于轴线A的圆周截面内，前齿圈5的每个齿20具有楔形形状，其上边缘由齿的头部或脊部限定，在圆周方向是具有曲率半径R的圆形。这一半径R可以是常数或根据本发明可能的实施例可优选以线性方式变化，在径向方向上在第一点A处表示为R1的最大值处和在第二点B处表示为R2的最小值处之间，以便曲率半径R在轮毂1的对称面A的轴线处为零。
齿圈5及其齿20的上述特征，已经发现是特别有利的，可通过冷塑性变形的方式实现，仅仅提供根据所描述的设计制造的环10。

Claims (12)

1.一种通过塑性变形在轮毂(1)的内圈上形成前齿圈(5)方法，包括以下步骤：
在轴的第一端(9)的一侧形成该轮毂的内圈(3)，作为轴(7)和配合在该轴的插入圈(8)的连接，并且使得该轴的该第一端轴向突出，以便相对于该插入圈突起；
通过塑性变形该轴的该第一端(9)将该插入圈(8)轴向支持在该轴上，以便随其形成膨径环(10)，该膨径环相对于该插入圈轴向突起，和
在相对该插入圈(8)的一侧，将该前齿圈(5)压印在该膨径环(10)上；
其特征为以下的结合：
i)将该前齿圈(5)压印到已完成的膨径环(10)的步骤仅仅在完成形成该膨径环(10)的步骤之后实施；
ii)实施形成该膨径环(10)的步骤以便完成的膨径环在从该插入圈(8)轴向突起的该膨径环的一部分中具有预定几何形状，该预定几何形状在径向截面中大致限定了不等边三角形并且具有面向该插入圈的底部和相对于底部的圆形的顶点。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该膨径环(10)从该插入圈(8)轴向突起的部分形成为包括：第一圆锥表面(13)，径向限定该膨径环朝向该内圈的内部并具有面向该内圈的圆锥；第二圆锥表面(14)，径向限定该膨径环朝向该内圈的外部并具有背向该内圈的圆锥；和弯曲表面(15)，其在该膨径环相对于该插入圈具有最大悬垂的轴向延伸的一部分(16)处与第一和第二圆锥表面彼此无缝连接。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于角度(α)在第一圆锥表面(13)和该插入圈(8)之间并且与由第一圆锥表面(13)与该内圈对称轴形成的角度互补，具有在20°和60°之间的值；而角度(β)在第二圆锥表面(14)和该插入圈(8)之间，具有在145°和110°之间的值。
4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于连接该第一和第二圆锥表面的该弯曲表面(15)形成为混合表面，该弯曲表面的径向截面外形包括位于第一圆锥表面一侧的第一曲线部分(17)和位于第二圆锥表面一侧的第二曲线部分(18)，该第一曲线部分(17)和该第二曲线部分(18)在该膨径环相对于该插入圈的最大悬垂的轴向延伸处彼此连接。
5.一种由轮毂内圈(3)的轴(7)的塑性变形材料制成的膨径环(10)，由该轴和通过该膨径环轴向支持地安装在该轴上的插入圈(8)组成，其特征在于该膨径环(10)的至少一部分从该插入圈(8)轴向突起并包括：第一圆锥表面(13)径向限定该膨径环朝向该内圈的内部，并具有面向该内圈的圆锥；第二圆锥表面(14)，径向限定该膨径环朝向该内圈的外部，并具有背向该内圈的圆锥；和弯曲表面(15)，其在该膨径环相对于该插入圈具有最大悬垂的轴向延伸的一部分(16)处与第一和第二圆锥表面彼此无缝连接。
6.根据权利要求5的膨径环，其特征在于该膨径环(10)相对于该插入圈(8)的最大悬垂轴向延伸具有在4.5毫米和9毫米之间的值。
7.根据权利要求5或6的膨径环，其特征在于与由该第一圆锥表面与该内圈的对称轴形成的角度互补的角度(α)在20°和60°之间；而在该第二圆锥表面和该插入圈之间角度(β)在145°和110°之间。
8.根据权利要求5至6其中之一的膨径环，其特征在于连接该第一和第二圆锥表面的该弯曲表面(15)形成为混合表面，该弯曲表面的径向截面外形包括位于该第一圆锥表面一侧并具有在1.5毫米和7毫米之间的曲率半径(RI)的第一曲线部分(17)；和位于第二圆锥表面一侧并具有在1.5毫米和7毫米之间的曲率半径(RE)的第二曲线部分(18)，该第一曲线部分(17)和该第二曲线部分(18)在该膨径环相对于该插入圈(8)的最大悬垂的轴向延伸处彼此连接。
9.一种轮毂(1)，包括内圈(3)，该内圈(3)包括轴(7)和通过由该轴的终端部分限定的膨径环(10)轴向支持在该轴上的插入圈(8)，该内圈具有通过在膨径环上塑性变形得到的前齿圈(5)；其中，在轮毂的径向截面平面中，该前齿圈(5)的每个齿(20)具有在该齿的头部或脊部(21)和该齿的底部(22)之间的轮毂对称轴方向上测量的高度，其在第一点(A)和第二点(B)之间变化，其中第一点是位于该齿的底部(22)的径向最外侧且该齿的高度为零的一点，第二点是位于该齿的底部的径向最内侧且该齿的高度一旦达到最大值再次为零的一点；其特征在于该齿的高度，在第一点(A)和第二点(B)之间和轮毂径向截面内通过由该齿的脊部(21)或头部形成的轮廓(23)限定，其中到处都没有不连续的点，因此形成角度边缘，
该膨径环包括：第一圆锥表面(13)径向限定该膨径环朝向该内圈的内部，并具有面向该内圈的圆锥；第二圆锥表面(14)，径向限定该膨径环朝向该内圈的外部，并具有背向该内圈的圆锥；和弯曲表面(15)，其在该膨径环相对于该插入圈具有最大悬垂的轴向延伸的一部分(16)处与第一和第二圆锥表面彼此无缝连接。
10.根据权利要求9的轮毂，其特征在于该前齿圈的每个齿的轮廓(23)具有在轮毂径向平面内的曲率，其总是大于1毫米并且不是无限的。
11.根据权利要求9的轮毂，其特征在于该前齿圈的每个齿的轮廓(23)具有在轮毂径向平面内的曲率，其总是大于1毫米并且包括至少一个直线部分，其中该曲率趋向于无限。
12.根据权利要求9至11之一的轮毂，其特征在于，在相对于轮毂对称轴的圆周截面内，前齿圈的每个齿(20)具有楔形形状，其上边缘由齿的头部或脊部(21)限定，在圆周方向上是具有曲率半径(R)的圆形，其在第一点(A)最大值处和在第二点(B)最小值处之间的径向方向上线性变化，以便曲率半径在轮毂对称轴处为零。
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