CN103889735B - 一种用于车辆的全浮动式后驱动桥的多边形毂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，该多边形毂用于制动鼓和车轮组件中，包括在桥传动轴的支承构件（10）上旋转的毂（4），所述毂（4）与外壳中的内轴承（5）和外轴承（7）组装，以使得能绕一轴线自如旋转，并与所述支承构件（10）固定就位；完整的轮端组件再用锁紧螺母（12）压紧；具有法兰（15）的所述毂载有车轮螺栓（2），可为制动鼓（1）和轮辋提供座部，并用车轮螺母（3）固定；所述毂（4）为铸造件，具有中央部（17），所述中央部（17）是所述毂（4）的主要部分。本发明包括为所述毂的中央部分提供六边形以取代圆形。这样使得在车轮处于不同的运行状况下时，毂能够承受各种负载（即车辆总重，转弯，制动和扭矩负载）的强度提高了10%。此外，在所述中央六边形毂的每一边的外半部周边形成有小六边形。所述六边形（18）的内半部与中央六边形部（17）合并。交叉的六边形边缘（21）布置成所述小六边形的两个边分别平行于中央六边形的两个边（22）。如图1和图3所示，小六边形（18）将中央六边形（17）与毂法兰（15）连结起来，提供了所需的强度和刚度。

Description

一种用于车辆的全浮动式后驱动桥的多边形毂

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的全浮动式后驱动桥的轮毂。更特别地，本发明涉及一种具有最佳材料含量并实现更高的强度对重量比的适用于任何用途的用于车辆的多边形毂。

背景技术

毂安装在轴箱主轴上，通过锁定装置与轴承和密封件组装在一起。毂位于传动齿轮和如轮辋、制动鼓、轮胎之类的轮端部件之间。轴毂的基本功能是：

-支撑共同作用于轨迹点(track point)的车辆自重与其他负载，即转弯、断裂负载和牵引转矩负载等；

-为轮辋、制动鼓和ABS配件提供安装接口；

-包封子组装零件，例如轴承，密封件，垫片，锁定配件及润滑油等。

轴毂主要呈圆形，由铸造材料制成。但是，这些毂在车辆运行过程中会受到如下所述的不同方向上的有效载荷的作用：

-由于在驱动轴连接部处的转矩传递而产生的转矩负载；

-自重引起的竖直负载；

-制动负载；

-由于转弯或撞击路缘(kerb strike)引起的横向负载。

现有轴毂的设计方法通常基于以下几方面：

1.毂的外形为圆形，具有最大的截面厚度以达到最高强度。

2.竖直的实心肋用于达到所需的刚度而无任何偏斜。

3.被外部圆形部分覆盖的内部椭圆形以达到所述强度。

4.轴承之间的桥状结构以满足所有车辆负载条件下的强度。

5.可行设计的本领域经验。

基于这些传统设计因素，现有的毂并不是最佳的，因为：

-由于圆形的最多的材料含量在负载线区域(即轨迹点)，因此使得毂更重。

-这些毂具有较小的强度对重量比。

-冷却区域不是最佳的。

为了达到毂的所需的强度和刚度特性，毂的设计者们采用更多的材料，这导致毂的应用的重量增大，强度对重量比更低。轮毂的现有设计理念不利于使之达到足够的强度，反而使其体积大并因而很重。

日本专利JP2003285603A公开了一种圆形毂，在铸件中有椭圆形的中央孔，该毂可以满足所需的刚度和强度。而除了强度以外，这些毂体积很大，并且因此承载更多的载荷。这类毂以与圆形毂类似的方式运行。但是这种设计的最主要的缺点是前部被覆盖有较大的外圆形，该外圆形具有最大的截面模量，并且比轮毂后部(即法兰的背面)强度更高，从而导致该区域应力集中。

韩国专利KR20090050233A描述了一种设置在螺栓区域中的附加的三角形肋的圆形毂。这将给法兰区域提供更高的刚度，从而在转弯和竖直负载中获益以避免偏斜。但是由于这类毂的中央部是圆形的，因此这些毂总是具有较小的强度对重量比。

发明内容

发明目的

本发明的主要目的是提供一种多边形结构的轮毂，更具体而言是一种六边形结构的毂。

本发明的另一目的是提供一种能达到最高强度，具有最佳材料含量的六边形毂。

本发明的另一目的是提供一种能延长零件使用寿命，使用更少的材料含量，具有更高的强度对重量比的六边形毂。

本发明的陈述

相应地，本发明提供了一种用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，该毂用于制动鼓和车轮组件中，包括在桥传动轴的支承构件上旋转的毂，其与内轴承和外轴承组装在外壳中，所述毂中还有密封润滑剂，以使得能绕一轴线自如旋转，并与所述构件固定就位；完整的轮端组件再用锁紧螺母压紧；具有法兰的所述毂载有车轮螺栓，可为制动鼓和轮辋提供座部，用车轮螺母固定；所述毂为铸造件形成，具有中央部，所述中央部是毂的主要部分，其特征在于所述中央部分制成为六边形形状，以便在车轮的不同的运行条件期间，中央部能安全地承受各种负载(即车辆总重，转弯，制动和转矩负载)。

附图说明

结合以下附图来阅读可以更好地理解本发明，其中：

图1示出根据本发明的多边形(六边形)毂的等轴视图。

图2示出本发明的毂安装在驱动桥上的位置的剖视图。

图3示出根据本发明的毂的六边形结构的正视图。

图4示出根据本发明的毂的局部剖视图，示出了在负载线处的六边形结构。

图5示出本发明的由于六边形结构而引起的扭矩反作用消除的示意图。

图6示出通过CAE分析得到的现有毂与本发明的六边形毂受到的竖直冲击负载时的应力图。

图7示出通过CAE分析得到的现有毂与本发明的六边形毂受到撞击路缘负载时的应力图。

图8示出通过CAE分析得到的现有毂与本发明的六边形毂受到转弯负载时的应力图。

图9示出通过CAE分析得到的现有毂与本发明的六边形毂受到凹坑负载时的应力图。

图10示出通过CAE分析得到的现有毂与本发明的六边形毂受到转矩负载时的应力图解。

具体实施方式

针对图1和图2所示，本发明的毂组件14联接车辆的轮(未图示)和车辆的制动鼓1，其被组装在全浮式桥上。悬架系统(未图示)通过U形螺栓安装在桥壳上，其通常在车辆上竖直移动，以抵抗弹簧的偏压。对于前轮的情况，毂被安装在转向节(未图示)处，从而有利于车辆的可操作能力。

毂组件14包括在构件10上转动的毂4，毂4与内轴承5和外轴承7组装。这些轴承有助于绕一轴线旋转并与构件10固定就位。此完整的轮端组件然后用锁紧螺母12压紧。轴毂4可用作轴承5和7、密封件6和11以及润滑介质的外罩。毂法兰15载有车轮螺栓2，其为制动鼓1和轮辋提供座部，并利用车轮螺母3固定。毂4采用铸造而形成。

参照图1，作为毂4的主要部分的中央部17是六边形并在车轮不同的运行情况下承担不同的负载(即车辆总重，转弯，制动和转矩负载)。这种六边形的毂轮廓相比于圆形轮廓有更多技术上的优势，因为多边形截面比相同尺寸的圆形截面有更高的截面模量。基于截面模量的理论计算，用在负载线区域的六边形截面17能比该处类似的圆形截面多承受10％的力。因此，小六边形18将中央六边形17与毂法兰15连结在一起，从而提供所需的强度和刚度。在毂4中，部分24是非常重要的，因为毂的该部分要承受所有的车辆负载。该区域还易于耗散制动鼓的热量。

整体的六边形18形成网状结构，以便以最小的质量含量提高毂的刚度。这种网状结构是由于负载线23而形成的，其转移和消除负载，降低负载线23区域的负载及应力的强度。交叉的六边形边缘21以平行于中央六边形的两边22布置。在竖直负载(负载‘P’)期间，面对面相交的六边形形成椭圆形的负载线23，从而减小毂的集中载荷。这样，带有相交的六边形的中央主六边形就使毂组件的强度比圆形的毂组件的强度提高了10％。

此外，交叉的六边形消除了由于驱动轴8产生的转矩反作用，驱动轴8通过法兰螺栓9与毂相联接。驱动轴8传递从车轴传动系接收的转矩负载，该转矩负载通过毂传递至车轮。如图5所示，由于交叉的结构，转矩反作用24和25被降低，其中由于中央六边形17的细木工(joinery)区域和驱动轴接收区域19处的质量含量也达到最佳。图6，7，8，9和10是通过CAE分析，测试得出的在相同的负载量的情况下，六边形毂与圆形毂受到各种负载时应力分布情况的对比，结果表明，新型的毂具有降低的应力，并具有最佳的材料含量。六边形和圆形毂的应力对比数据列于下表。

除了能显著降低毂4的最高应力水平之外，使用六边形结构的还大大改进应力水平的定位。毂中的重新定位和减小应力区域如图5所示。得到的载荷向量分布成使毂在具有最佳材料含量的同时，其应力水平被降低，刚度被提高。

因此，一种用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，该毂用于制动鼓和车轮组件中，包括在桥传动轴的支承构件10上旋转的毂4，其与外壳中的内轴承5和外轴承7组装，外壳中还有密封件和润滑剂，以使得能绕一轴线自如旋转，并与所述构件10固定就位；完整的轮端组件再用锁紧螺母12压紧；具有法兰15的所述毂载有车轮螺栓2，可为制动鼓1和轮辋提供座部，并用车轮螺母3固定；所述毂4通过铸造形成，其具有中央部17，所述中央部17是毂4的主要部分。本发明涉及为所述毂的中央部分提供六边形取代圆形。这样，在车轮处于不同的运行状况期间，毂可承受各种负载(即车辆总重，转弯，制动和转矩矩负载)的强度提高了10％。此外，在所述中央六边形毂在外半部周边的每一边上形成有小六边形。所述小六边形的周边的外半部与中央六边形17相交。六边形18的内半部与中央六边形17合并。交叉的六边形边缘21布置成所述小六边形的两边分别平行于中央六边形的两边22。如图1和图3所示，小六边形18将中央六边形17与毂法兰15连结，提供了所需的强度和刚度。

本发明的技术优势是：

-毂的多边形(特别是六边形/蜂巢形)结构作为毂的主要结构部分具有提高的负载承受能力(类似于蜜蜂使用的蜂巢设计)；

-主要负载线区域截面采用六边形，该六边形比相同尺寸的圆形截面强度更高，并具有最佳的材料含量；

-小六边形与主要的中央六边形相交，其形成网状结构，提高了系统的刚度，并显著降低了应力水平

-恰好处于负载方向上的坚固的结构特征(六边形的边)的存在使对负载和应力的直接的反作用被最小化；

-交叉的六边形形成翅片结构，其可作为散热媒介(即更多表面积)，能在类似沙漠、高速等恶劣的操作条件下，延长密封件和润滑油的使用寿命。

本发明的六边形毂可以应用于各种车辆，比如卡车，公共汽车、两轮车、小汽车之类的运输车辆，甚至用于农用设备。形成多边形毂结构的可能的多边形组合有：

-中央六边形结构与6个相交六边形；

-中央六边形结构与3个相交六边形；

-中央部八边形结构与8个相交六边形；

-中央部八边形结构与4个相交六边形；

应当理解，本发明并不限于在上述描述或附图中示例所采用的结构的细节以及组件的布置。该发明能够采用其他的实施方式，以多种方式被实施或执行。另外，此处所用的术语是为了描述的目的，不能被作为限制。

Claims (3)

1.一种用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，所述毂用于制动鼓和车轮组件中，包括在桥传动轴的支承构件上旋转的毂，所述毂与外壳中的内轴承和外轴承组装，所述毂中还有密封润滑剂以使得能绕一轴线自如旋转，并与所述构件固定就位；完整的轮端组件再用锁紧螺母压紧；具有法兰的所述毂载有车轮螺栓，所述车轮螺栓为制动鼓和轮辋提供座部，并用车轮螺母固定；所述毂通过铸造形成，具有中央部，所述中央部是所述毂的主要部分，其特征在于所述中央部被制成六边形形状而形成中央六边形，在车轮的不同的运行条件期间，所述中央部能安全地承受各种负载。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，其中，所述各种负载包括车辆总重、转弯、制动和转矩负载。

3.根据权利要求1或2所述的用于车辆的全浮动后驱动桥的多边形毂，其中，所述毂的所述中央六边形的每条边上在外半部周边处形成有小六边形，使得所述小六边形的外半部周边与所述中央六边形相交，而内半部周边则与所述中央六边形合并，使得交叉的六边形的边缘是按照所述小六边形的两边分别平行于所述中央六边形的两边的方式排列的，并且所述小六边形将所述中央六边形与毂法兰连结起来，从而提供了所需要的强度和刚度。