CN103925288A - 轻量轮毂轴承组件及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种轮毂轴承组件，包括由轻量金属材料制成的轮毂(30)并形成有圆柱部(31)，其上安装有提供滚道(25)的管状内环(24)；第二内环(27)固定到第一管状内环并且提供第二滚道(26)；在轮毂的圆柱部(31)和管状内环(24)之间形成有圆柱形空隙(46)并且容纳结构性粘合剂，其将轮毂一体地接合到第一管状内环(24)。

Description

轻量轮毂轴承组件及其组装方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆车轮的轻量轮毂轴承组件。本发明同样涉及该组件的组装方法。
背景技术
在机动车辆工业中，对减小机动车辆组件的重量的需求不断增加，以实现减少燃油消耗和废气排放的目的。为了减小车轮的总重量，并且尤其是车轮的旋转部分，具有由两种不同材料组成、结合在一起为单一部件的旋转法兰环的轮毂轴承组件，已经在最近几年被提出。在这种环中，由高韧性的第一种材料，如轴承级钢，制成的管状芯部，形成滚道；第二种轻量材料，如轻量金属，形成环剩下的部分，包括用于安装车轮的外侧法兰。
在某些情况下，钢制芯部和较轻的法兰之间的连接由刚性连接提供。随着时间的推移，这些连接并非总是被证明是耐用的，尤其是长时间使用后。事实上，钢和铝不同的热膨胀系数趋于导致两种材料的分离。在另一些情况下，连接由轻量材料的包覆成型或铸造而形成，例如将铝合金包覆成型或铸造在管状钢制芯部上。为了避免或限制两种材料之间的相对运动，两种材料在这种类型的环中通过具有复杂形状的交界表面而结合，以便实现像接头样作用在两种材料之间的咬边。例如，参见序列号为WO2008/147284A1的专利公开。用于通过这种技术实现的环的制造成本相当高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种重量减轻的轮毂轴承组件，主要面临在形成轮毂的两种不同材料之间形成可靠的机械连接的问题，同时优化制造成本。
为了达到上述目的，本发明提出了形成具有如权利要求1所述特征的轮毂轴承组件。根据另一方面，本发明提出了如权利要求8所述的组装方法。本发明优选的实施例如从属权利要求中所述。
附图说明
本发明一些优选但非限制性的实施例将参照附图被描述如下，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的轮毂轴承组件的轴向剖面示意图；
图2是带法兰的轮毂的剖开立体图，其构成图1中所示组件的一部分，具有两个固定到轮毂的轴承环；
图3是带法兰的轮毂的轴向剖视图；
图4，6，7和8是示出组装轮毂轴承组件的步骤的剖视图；
图5是在图4和7中由“V”标记的细节放大视图。
具体实施方式
根据本发明提供的轮毂轴承组件的一个例子在图1中以轴向剖面被示出。
组件包括由轻量金属材料制成的轮毂30，优选铝合金，以及具有两列滚动体的轴承单元20。
轴承单元包括外环21，其具有两列外滚道，用于与第一列滚动元件22和第二列滚动元件23相配合，滚动元件在本例中为滚珠。轴承单元还包括管状内环24，其具有第一、轴向外侧的滚道25，用于与第一列滚动元件22相配合。第二内滚道26，用于轴向内侧列的滚动元件23，形成在内环27上，内环27与管状环24相分离。内环27被单独提供，从而，在外环21被安装到第一列滚动元件22上后，允许第二列滚动元件23被插入到轴承单元中。内环27安装在管状内环24的轴向延伸部28上。轴向延伸部28的轴向内侧端通过径向外侧方向上的轨道滚轧而冷成型；这提供了塑性变形的轧制边缘29，其轴向地锁止了内环27。
轮毂轴承组件定义了旋转中心轴线x并且旨在用于机动车辆车轮(未示出)绕轴线x可旋转的安装。贯穿本说明书和在权利要求中，指示位置和方向的术语或表达，例如“径向”、“轴向”和“横向”，应当被理解为参考旋转轴线x。而例如“轴向内侧”(或“内侧的”)以及“轴向外侧”(或“外侧的”)的表达是指安装在车辆上的状态。
轮毂30(在图3中单独示出)由轻量金属材料一体形成，形成有在轴向方向上延伸的圆柱部31，以及从圆柱部31的轴向外侧端33向径向外侧方向延伸的法兰32。
轮毂30可通过，例如熔化或锻造，而形成。能形成轮毂的铝合金的例子，包括但不限制于以下：6061T6，6082T6或T5，A356T6，43500T6。一旦获得期望的形状，可对轮毂进行热循环，优选T6热循环，其能够改善铝合金材料的机械性能。作为替代，可对轮毂进行沉淀硬化热处理。
法兰32用于安装车辆的车轮。在法兰上相对轴线x等角度距离位置地形成有四/五个轴向孔34。孔34能够与对应的多个固定元件(未示出)相配合，例如螺栓，用于固定车轮。法兰32具有轴向内侧的径向表面35，旨在于使用中朝向车辆，以及轴向外侧的径向表面36，形成用于制动转子(未示出)和/或用于车轮的平支撑面。轮毂30还能形成管状轴向突起37，其从轴向外侧端突起并且适于实现车轮的定心。38表示形成在法兰32中的可选择的减量腔。
圆柱部31具有径向外侧圆柱表面39，其被置于管状内环24中，如下所述。
在本文示出的实施例中，圆柱部31为管形，并且在本例中具有轴向延伸的圆柱内腔40。在示出的特定实施例中，内腔40是连续的。在另外的实施例中，取决于即将安装的车轮的类型(例如驱动轮或从动轮)，内腔40可以是封闭的。在具有进一步差异的实施例中，圆柱部31可以是内部固态的，即，没有腔40。
根据本方法的第一实施例，通过竖直地设置圆柱部31，轮毂30被定向，轴向内侧端朝上(图4)。形成用于滚动元件22的滚道25的管状内环24被置于圆柱部31上。管状内环24优选由轴承级钢制成。管状环24形成径向内侧的轴向圆柱形空腔42，位于轴向外侧端的径向表面43以及具有轴向内侧的、初始平直的管状端部29a的轴向延伸部28。轴向延伸部28具有的外圆柱表面44，其连接到朝向轴向内侧方向的肩部45。
管状环24沿着轮毂的圆柱部31被推压，直到轴向外侧的径向表面43抵靠法兰32的轴向内侧端35。
如在图5的放大视图中被示意性地示出，在轮毂的外圆柱表面39和管状环24的轴向圆柱形空腔42之间定义出圆柱形空隙46。空隙46的径向厚度根据不同的因素而变化。此处描述的提供了将粘合剂物质引入到空隙46中的实施例中，已得到实验结果，提出具有约200微米量级的径向厚度圆柱形间隙。这个范围纯粹是指示性的；该方法也可实施为具有更大的径向厚度。
由于管状环24的圆柱形空腔42和轮毂的外圆柱表面39之间的接触，圆柱形间隙46在轴向外侧端(图5)优选是封闭的或密封的。在示出的例子中，圆柱形空腔42形成为具有轴向外侧部42a，其直径使得需要与轮毂的外圆柱表面39具有径向干涉地连接，以及轴向部分42b，其直径略大于部分42a的直径。更具体的，轴向靠近法兰32的部分42a，具有径向干涉地与轮毂的外圆柱表面39轴向更外的第一长度39a相联接；空腔42的部分42b，轴向远离法兰32，其内直径轴向上进一步大于第二长度39b的外直径，轴向上进一步在外圆柱表面39内。该第二长度39b径向面朝更大直径部分42b并与其间隔开，并与该较宽的部分42b定义出圆柱形空隙46。
在不同的实施例中，通过减小管状部31的外圆柱表面39一轴向内侧长度的外直径而形成圆柱形空隙46；在依次不同的实施例中，圆柱形空隙46部分通过减小管状部31的外圆柱表面39一轴向内侧长度的外直径而形成，并且部分通过在空腔42中形成拓宽的部分42b而形成，该拓宽的部分42b径向朝向上述外圆柱表面39的具有减小的外直径的长度。
空隙46在其轴向内侧端是开放的，在图4-7示出的例子中朝上。因此，粘合材料被导入到空隙46中围绕轮毂的圆柱部31。在本方法的一个实施例中，粘合材料是结构粘合剂，被导入到空隙46中轮毂的管状部31的外圆柱表面39和管状环24的圆柱形空腔42之间。
优选的，圆柱形空腔42钢的表面没有被研磨，因为一定程度的粗糙度增加钢和所施加的粘合材料之间的粘合度。
用于本方法的适合的结构粘合剂特别的是固化性树脂。优选使用可以抵抗高达200℃的操作温度的粘合剂，例如基于改性丙烯酸树脂，聚氨酯树脂和环氧树脂的粘合剂，其可承受大的机械力，优选的15到30MPa之间的剪切应力。
适用于本方法来接合钢和铝合金的结构粘合剂有，例如：
-400NA环氧
-3M DP920
-BETAMATE(陶氏结构粘合剂商标名)
-汉高的乐泰
施加粘合剂的次数和方式，例如用于硬化或固化粘合剂所需的压力和温度的水平和梯度，取决于所选择的粘合剂的类型。这些程序在本领域是已知的，在此无需进行详细的描述。
根据本方法可能的实施例，其使用基于聚合物树脂的结构粘合剂作为粘合材料，在初始阶段，粘合剂可被加热以便允许它至少部分地填充空隙46。然后，可施加热和压力，从而使粘合剂固化，使固化后的粘合剂材料一体地结合到轮毂的外圆柱表面39和第一管状内环24的轴向圆柱形空腔42。
一旦硬化或固化后，填充圆柱形空隙的粘合剂将轮毂30和管状环24粘结在一起。
由申请人进行的实验测试表明了机械强度方面优化的结果，在轮毂轴承组件的使用寿命中完全不存在任何热稳定性的问题。
第二内轴承环27，其提供用于轴向内侧列的滚动体23的径向内侧滚道26，接着被放置在管状环24的轴向延伸部28上，精确位于外圆柱表明44上。内环27，其可以是常规的内轴承环，被布置为轴向地抵靠管状环24的肩部45。为了进一步提高环24和27相互之间的环向锁定，内环27可具有径向干涉地被安装在管状环24的圆柱表面44上。在这种状态下(图6)，管状环24的端部29a轴向地突起，至少部分地超过内环27朝向轴向内侧方向的径向表面或端面27a。
管状端部29a(图7)接着通过在径向外侧方向上的轨道滚轧被冷变形。这提供了塑性变形的轧制边缘29，其相对管状环24的肩部45轴向地锁定内环27并且轴向地预加载整个轴承单元20。
本领域技术人员都知道，在一系列组装轴向单元的步骤之后，其中轮毂30被集成，进行轨道滚轧的步骤；这些在轨道滚轧步骤之前的步骤包括，首先将轴向外侧或外侧的滚动元件列22布置成围绕管状环24，接着安装径向外轴承环21，并且接着插入轴向内侧或内侧的滚动元件列23，其后可以安装内环27并且最后进行轨道滚轧。
应当理解的是，本发明不限于本文示出并描述的实施例，其被认为是该组件及其组装方法的示例；因此，对于本领域技术人员明确的是，在不背离本发明由所附权利要求及其等同形式定义的范围的情况下，在形状、尺寸、设计和功能性细节以及在示例性实施例中描述的元件的配置方面，可以作出许多修改。

Claims (12)

1.一种轮毂轴承组件，包括：
轮毂(30)，其为第一金属材料的单体件，包括：
圆柱部(31)，轴向延伸且具有圆柱外表面(39)，以及
法兰(32)，从该圆柱部(31)的轴向外侧端(33)径向向外延伸；
轴承单元(20)，包括：
外环(21)，提供与第一、轴向外侧列滚动元件(22)和第二、轴向内侧列滚动元件(23)相配合的两列外滚道，
第一管状内环(24)，由第二金属材料制成并且提供用于该第一列滚动元件(22)的第一滚道(25)以及内侧的、轴向延伸的圆柱形空腔(42)，以及
第二内环(27)，提供用于该第二列滚动元件(23)的第二滚道(26)，该第二内环(27)被固定到该第一管状内环(24)；
圆柱形空隙(46)，形成在该轮毂的该外圆柱表面(39)和该第一管状内环(24)的该轴向圆柱形空腔(42)之间，以及
结构粘合剂材料，容纳在该空隙(46)中并且一体地结合到该轮毂的该外圆柱表面(39)以及该第一管状内环(24)的该轴向圆柱形空腔(42)。
2.如权利要求1所述的轮毂轴承组件，其中该第一管状内环(24)进一步包括：
径向面(43)，位于轴向外侧端，与该轮毂的该法兰(32)轴向地抵靠；
轴向延伸部(28)，在轴向内侧方向上延伸并且具有外圆柱表面(44)；
径向肩部(45)，面朝轴向内侧方向并且连接到该外圆柱表面(44)；
管状端部边缘(29)，在径向外侧方向上塑性变形地抵靠该第二内环(27)的轴向内侧端的径向表面(27a)，从而相对该径向肩部(45)轴向地锁定该第二内环(27)并且轴向地预加载整个轴承单元(20)。
3.如权利要求1或2所述的轮毂轴承组件，其中该圆柱形空隙(46)在其轴向外侧端是封闭的或密封的。
4.如权利要求3所述的轮毂轴承组件，其中该圆柱形空腔(42)包括
部分(42a)，轴向靠近法兰(32)，具有径向干涉地连接到该轮毂的该外圆柱表面(39)的第一长度(39a)，从而在其轴向外侧端封闭或密封该圆柱形空隙(46)，以及
部分(42b)，轴向远离法兰(32)，其内直径大于该轮毂的该外圆柱表面(39)的第二长度(39b)的外直径，其中该第二长度(39b)相对该第一长度(39a)轴向靠内，该第二长度径向面朝具有较大直径的部分(42b)并与之间隔，并且与该圆柱形空腔(42)的该较大直径的部分(42b)确定出该圆柱形空隙(46)。
5.如前述任一权利要求所述的轮毂轴承组件，其中该第一金属材料是铝合金，并且该第二金属材料是轴承级钢。
6.一种组装轮毂轴承组件的方法，包括以下步骤：
a1)提供轮毂(30)，其为第一金属材料的单体件，包括：
圆柱部(31)，轴向延伸且具有圆柱外表面(39)，以及
法兰(32)，从该圆柱部(31)的轴向外侧端(33)径向向外延伸；
a2)提供第一管状内环(24)，其由第二金属材料制成并且提供用于该第一列滚动元件(22)的第一滚道(25)以及内侧的、轴向延伸的圆柱形空腔(42)；
b)将所述管状环(24)围绕该轮毂的该圆柱部(31)设置，从而在该轮毂的该外圆柱表面(39)和该管状内环(24)的该轴向圆柱形空腔(42)之间确定出圆柱形空隙(46)；
c)通过容纳在空隙(46)中的结构粘合剂一体结合该轮毂和该管状环(24)。
7.如权利要求6所述的方法，其中该空隙(46)具有轴向内侧开口端并且步骤c)在通过所述开口端将结构粘合剂材料导入到空隙中的步骤之后。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中步骤c)包括通过设置具有向上朝向的轴向内侧端的该圆柱部(31)来定位该轮毂(30)的步骤。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中该结构粘合剂是基于聚合物树脂的，并且该步骤c)包括加热粘合剂以便允许它至少部分地填充该空隙(46)的步骤，并且接着施加热和压力促使该粘合剂固化，以便该固化后的粘合剂一体地结合到该轮毂的该外圆柱表面(39)和该第一管状内环(24)的该轴向圆柱形空腔(42)。
10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中步骤b)包括密封该空隙(46)的轴向内侧端的步骤，通过将该轮毂的该外圆柱表面(39)的轴向外侧长度(39a)与该圆柱形空腔(42)的轴向外侧部(42a)具有径向干涉地连接。
11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其中步骤b)在将该第一管状内环(24)预组装到轴承单元(20)中的步骤之后，该轴承单元包括：
外环(21)，提供与第一轴向外侧列滚动元件(22)和第二轴向内侧列滚动元件(23)相配合的两列外滚道，
该第一管状内环(24)；
第二内环(27)，提供用于该第二列滚动元件(23)的第二滚道(26)，该第二内环(27)围绕轴向延伸部(28)被安装，该轴向延伸部(28)在该第一管状内环(24)的轴向内侧方向上延伸；
两列滚动元件(22，23)；
管状端部边缘(29)，由管状延伸部(28)形成，并且抵靠该第二内环(27)的轴向内侧端的径向表面(27a)在径向外侧方向上塑性变形。
12.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其中在步骤c)之后是将该第一管状内环(24)组装到轴承单元(20)的步骤，轴承单元(20)包括：
外环(21)，提供与第一轴向外侧列滚动元件(22)和第二轴向内侧列滚动元件(23)相配合的两列外滚道；
该第一管状内环(24)；
第二内环(27)，提供用于该第二列滚动元件(23)的第二滚道(26)，该第二内环(27)围绕轴向延伸部(28)被安装，该轴向延伸部(28)在该第一管状内环(24)的轴向内侧方向上延伸；
两列滚动元件(22，23)；
端部边缘(29)，由管状延伸部(28)形成，并且抵靠该第二内环(27)的轴向内侧端的径向表面(27a)在径向外侧方向上的塑性变形。
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