CN110576093A - 对于轨道形成操作被优化的带凸缘内圈和相关联的工具 - Google Patents

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Abstract

对于轨道形成操作被优化的带凸缘内圈和相关联的工具。机动车的车轮轮毂单元的滚动轴承形成部的带凸缘内圈(20)在其轴向内端具有滚压边缘(25)，滚压边缘(25)被构造成在借助于轨道形成而塑性变形之后，对径向内圈(34)沿轴向预加压。滚压边缘(25)设置有所述滚压边缘(25)的轴向靠内部(28)的锥形面(27)。第一参数(k)被定义为锥形面(27)的用度数表示的锥度(α)与滚压边缘的用毫米表示的厚度(s)之间的比，并且采用范围在0.03mm‑1和2mm‑1之间的值。

Description

对于轨道形成操作被优化的带凸缘内圈和相关联的工具
技术领域
本发明涉及车轮轮毂单元的滚动轴承形成部的带凸缘内圈。根据本发明，带凸缘内圈已经被优化，以改善轨道形成操作，本发明还包括用于执行该操作的工具，该工具已经被优化，以实现所期望的目的。
尽管非排他地，但是本发明特别适于机动车的车轮轮毂单元，所述单元设置有滚动轴承。这些应用包括如下两情况：轴承的外圈可转动，而轴承的内圈固定的情况，以及内圈可转动，而外圈固定的相反情况。本发明还适于任意类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
背景技术
如已知的，参照示出了根据现有技术的车轮轮毂单元1的示例的图1，在车轮轮毂单元1的各种应用中，轮毂2具有柱状主体3和连接到轮毂的轴向外凸缘部4。轮毂形成轴承单元的转动元件中的一个转动元件，并且被构造成承担轴承的内滚动圈的功能。出于这些原因，该轮毂还被称作带凸缘内圈，并且在本说明书中，将被以这两种方式中的任意一种进行称呼。
通常，车轮轮毂单元的轴承单元设置有两列滚动体5、6。这些体沿着在大多数情况下静止的外圈的相应滚道7’滚动，并且沿着在大多数情况下可转动的内圈的相应滚道2’、8’滚动。
如所提及的，轮毂承担内圈的功能，在轴向靠外位置，在同一轮毂，特别是在其径向外表面2”，安装有与轮毂分离的第二内圈8。
轮毂2在其轴向内端限定有滚压后边缘9，滚压后边缘9被构造成在其已经借助于被称作轨道形成的塑性加工操作(plastic machining operation)而变形之后，对内圈8沿轴向预加压。在未变形形态下，滚压后边缘9以连续的线示出，在变形后形态下，滚压后边缘9以断开的线示出。
借助于在图1中示意性示出的且总体上用100指代的工具执行轨道形成操作，该工具具有柱状主体101和环状加压部102，加压部102具有施压面103，在工具100的施压面103与在径向上比施压面103靠内的平坦面104之间，具有开放角γ，所述角采用接近90°且在任意情况下大于45°的值。
一旦已经执行了轨道形成操作，内圈8的径向外径DK的尺寸就会因所述加工操作而显著增大。事实上，为了边缘的期望变形和对待变形的内圈8的对应预加压，加压工具必须对轮毂的滚压后边缘或带凸缘内圈施加非常高的负载，这自然会影响内圈8的张拉状态和变形，结果会影响内圈的直径DK的大小，因此直径DK倾向于增大。
因此，对设计出避免了前述缺陷的车轮轮毂单元的带凸缘内圈和用于执行轨道形成的相关联工具，存在需要。特别是，对减小为了获得带凸缘内圈2的滚压后边缘9的变形并因此获得内圈8的较小程度变形所需的力的量，存在需要。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于减小车轮轮毂单元的轴承单元的小内圈的变形的带凸缘内圈和轨道形成工具，所述变形由对其带凸缘内圈的滚压边缘执行的轨道形成工艺而引起。
本发明的另一目的在于，实现对使带凸缘内圈的滚压边缘变形所需的滚压力的减小。
所提出的方案设想的是，一方面，优化内孔沿着带凸缘内圈的滚压边缘的形式，另一方面，对应优化执行轨道形成工艺的工具的施压面。借助于这两个优化措施，能够减少对塑性变形所需的能量的量，并且能够减小小内圈的径向外径的增大百分比、即其整体变形。
因此，根据本发明，描述了车轮轮毂单元的设置有对于锥形轨道形成操作而言被优化的滚压边缘的带凸缘内圈，所述带凸缘内圈具有本说明书所附的独立产品方案中记载的特征。
此外，还根据本发明，描述了用于轨道形成操作的具有本说明书所附的独立装置方案中记载的特征的工具。
根据所附从属方案中记载的特征，描述了本发明的其它优选和/或特别有利的实施方式。
附图说明
现在将参照图示了本发明的实施方式的多个非限制性示例的附图描述本发明，在附图中：
–图1示出了根据现有技术的带凸缘内圈的轨道形成操作(orbital formingoperation)的局部轴对称截面图；
–图2示出了根据本发明的实施方式的在完成轨道形成操作之后的、组装好的车轮轮毂单元的细节的局部轴对称截面图；
–图3示出了根据本发明的实施方式的在轨道形成操作之前的、带凸缘内圈的轴对称截面图；
–图4示出了根据图3的带凸缘圈的滚压边缘的细节；
–图5示出了根据本发明的实施方式的轨道形成工具的截面图；以及
–图6是根据图5的工具的几何形状的细节。
具体实施方式
现在参照图2，总体上用10指代根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂单元。该图示出了借助于示例提供的构造的细节。如在介绍中提及的，本发明不仅能够适用下述构造，而且更普遍的是，能够适用用于机动车的任意车轮轮毂单元。
单元10包括：轮毂20，优选但非必须的是，其是可转动的；和轴承单元30。轮毂20被构造成还承担轴承的内滚动圈的功能，为此还被称作带凸缘内圈。在整个本说明书和权利要求书中，表示诸如“径向”和“轴向”等的位置和指向的术语和表述应当理解为是以轴承单元30的中央旋转轴线X为基准。而诸如“轴向外(靠外)”和“轴向内(靠内)”等的表述是指安装好的情形，并且在正在讨论的情况下，优选分别是指车轮侧和与车轮侧相反的那侧。
轴承单元30包括：径向外圈31，优选但非必须的是，其是静止的并提供相应的径向外滚道31’；至少一个径向内圈20、34，其是可转动的并提供相应的径向内滚道20’、34’以及两列滚动体32、33，在该示例中，其是球。轴向靠外的那列滚动体32配置在径向外圈31与具有径向内圈功能的轮毂20之间，而轴向靠内的那列滚动体33配置在径向外圈31与径向内圈34之间。为了更容易图示起见，将使用附图标记32、33来识别单个球和成列的球两者。再一次，为了简化起见，在本说明书和附图中可以借助于示例使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”(而且，也将使用相同的附图标记)。将始终理解的是，代替球，可以使用任意其它滚动体(例如，滚子、圆锥滚子、滚针等)。
滚动体的列32、33通过对应的保持架39、40保持就位。
轮毂20在其轴向内端限定有滚压后边缘(rolled edge)22，滚压后边缘22被构造成对安装于轮毂的径向外表面20”的内圈34沿轴向预加压。
参照图3，轮毂20还具有轴向靠外的凸缘部23。凸缘部具有多个轴向固定孔24。这些孔是用于对应的固定构件(例如双头螺栓，还具有已知的类型)的座，该固定构件使机动车车轮的一部分例如制动盘(本身也是已知的，图中未示出)以已知的方式连接到轮毂20。
图3还示出了处于未变形形态，即在受到轨道形成操作之前的滚压边缘(rollingedge)25。为了更清楚，在本说明书中，使用表述“滚压边缘25”来表示带凸缘圈20的处于未变形形态的轴向内边缘，而使用表述“滚压后边缘22”来表示处于变形形态，即在受到轨道形成操作之后的同一边缘。
图4是图3的细节Y。该图以放大的比例示出了滚压边缘25。根据本发明的优选实施方式，并且为了实现本发明的预定目的，即作为由滚压后边缘22引起的变形的结果而较小地增大径向内圈34的外径DK以及较小的滚压力----该滚压边缘25已经被优化(optimized)。
滚压边缘25在径向外侧以供圈34安装的安装面20”为界，在径向内侧以锥形面27为界，锥形面27从轮毂20的内孔26向外变宽，使得所述滚压边缘25的径向厚度逐渐变薄。首先，锥形面27的锥度允许滚压边缘25待从具有较小径向厚度的部位(因此，该部位是可锻的，即能够借助于冷变形更容易加工)开始变形，并且逐渐到达具有较大径向厚度的部位，因此还允许沿着形成工具的轴线X的轴向推力(axial thrust)待实质上分成两个分量：
–垂直于轴线X的正径向分量Cr，和
–沿着轴线X的正轴向分量Ca。
在供形成工具作用的锥形面27的锥度的倾角α(示出在图4中)的值为第一近似值时，会影响分量Cr和Ca两者，并且轴向分量Ca作用于滚压边缘25，有利于其变形并控制了径向内圈34的变形。
事实上，归功于锥形形式，在轨道形成工艺期间，滚压边缘的变形将会发生，从端部、即具有较小尺寸的径向厚度的端部开始，并且逐渐到达具有较大径向厚度的部位。这有利于材料从滚压边缘的未变形位置流动成最终的变形后形态。换言之，通过减小总的推力的值，将有相同量的材料与径向内圈接触，在不使所述圈过度变形的情况下，执行保持所述圈和对所述圈预加压的功能。
显然的是，这些情形将随着待变形的材料的量的变化而变化。另外，锥度的值不可以采用任意值：虽然高的锥度将增大轴向推力分量，有利于上述工艺，但是将使滚压边缘过度变弱。另一方面，虽然低的锥度值将致使所获得的滚压边缘非常强，但是将减小轴向推力分量，因而会抵消所追求的有益效果。鉴于以上折中方案，需要为滚压边缘的主要几何参数选择适当的范围。预定的目的是，在不使滚压边缘过度变弱的情况下，减小径向内圈34的直径DK的增大，取决于应用，减小的百分比在25％和35％之间。
在为了验证以上强调的考虑而进行大量试验之后，本申请人已经发现，通过选择两个参数的适当值，获得了对于径向内圈的变形和待施加到用于轨道形成操作的工具的力而言优化了的最佳结果。
将第一参数k定义为表面27的用度数表示的锥度α与滚压边缘的柱状部(cylindrical portion)26’的用毫米表示的径向厚度s之间的比：
k＝α/s
特别的是，参数k可以采用0.03mm-1和2mm-1之间的值。考虑到滚压边缘的厚度的标准值等于5mm，并且考虑到该厚度的变化范围在3mm和7mm之间，超过该值轨道形成工艺将非常难以执行，可以看出，锥度的值必须落在0.2°和6°之间。满足该参数是必要的，以避免使滚压边缘25的具有较小径向厚度的端部过度变弱。
有利的是，将第二参数h定义为表面27的用度数表示的锥度α与滚压边缘25的用毫米表示的长度L’、即孔26的深度之间的比：
h＝α/L’
特别的是，参数h可以采用0.25mm-1和0.5mm-1之间的值。考虑到长度L’的标准值等于11mm，并且考虑到长度L’的变化范围可以在8mm和16mm之间，可以看出，锥度的值必须落在2°和4°之间。通过满足该第二参数h，能够实现进一步优点，即确保了滚压边缘25具有最小长度的柱状部26’。
轴向靠内部28的锥形面27的长度L也与滚压边缘25的厚度s和其长度L’相关。如已经提及的，考虑到长度L’的变化范围在8mm和16mm之间，锥形面27的长度L的范围可以在5mm和8mm之间。有利的是，如果该长度L的值在6mm和7mm之间，则可以获得较好的结果。
最后，滚压边缘25的锥形面27与轴向靠内平坦面29之间的圆角半径(filletradius)R必须采用0.5mm和2.5mm之间的值。有利的是，如果该圆角半径R的值近似等于1.5mm，则可以获得较好的结果。
滚压边缘的尺寸的示例如下：厚度s等于5mm，滚压边缘的长度L’等于11mm，锥度α等于大约3°，轴向靠内部28的锥形面27的长度L等于大约6.5mm，圆角半径R等于1.5mm。
还在使用于轨道形成操作的工具优化时，实现本发明的目的。
参照图5和图6，其中图6是图5的放大比例的细节Z，借助于在图5中示意性示出的且总体上用50指代的工具执行轨道形成操作，该工具具有柱状主体51和环状加压部(pressportion)52，加压部52具有也是环状的施压面53。在图6的细节中，容易识别出施压面53与位于施压面53径向内侧的平坦面之间的开放角(opening angle)β。相对于在现有技术中通常采用的开放角的值，开放角β的值已经被优化。
轨道形成工具的变型轮廓(特别是在初始变形阶段)具有如下作用：通过因工具使带凸缘内圈20的滚压边缘25发生径向变形而引起，进而增大对径向内圈34的直径DK的压迫和减小直径DK的径向扩张。已经提及的一系列试验得致使工具的相对于其平坦面54必须在5°和40°之间的开放角β得以适当优化。
上述所有的大小优化以及变形致使滚压边缘25的可变形性较大，具有下述所有优点。
首先，减小了为了获得滚压后边缘22而对轨道形成操作来说所需的力。以这种方式，即使当要求非常高的负载，例如高于240kN的负载时，也不必使用具有高性能特点的轨道形成机器。结果，对于相同的应用，还将减少轨道形成机器的使用期间的功耗。
另一方面，对于所施加的相同的力，实现了滚压后边缘的变形后材料对径向内圈34的保持力的增大。
此外，取决于应用，径向内圈34的直径DK的增大减小了25％至35％。结果，还减轻了径向内圈的张拉状态(tensioned state)。这允许密封件较好的组装，以及径向内圈中形成的裂缝的减少。
对于工具，简化了工具的几何形状，其结果是延长了工具的工作寿命并降低了成本。另外，对于工具与滚压边缘的相应接触部的初始接触，较大的公差是可以的，其结果是进一步降低了工具的成本。
除了本发明的如上所述的实施方式以外，应当理解，存在各种其它变体。还必须理解，所述实施方式仅是示例，并且既不限制本发明的主题，也不限制其应用，还不限制其可能的构造。正相反，尽管以上提供的描述能够使本领域技术人员实施本发明，实施其至少一个构造例，但是必须理解，在不超出本发明的如限定在所附权利要求书中的、按字面解释和/或根据其法律等同解释的范围的情况下，组件的各种改变是可行的。

Claims (10)

1.一种滚动轴承的带凸缘内圈(20)，所述滚动轴承属于用于机动车的车轮轮毂单元，所述带凸缘内圈(20)在其轴向内端包括滚压边缘(25)，所述滚压边缘(25)被构造成在借助于轨道形成而塑性变形之后，对径向内圈(34)沿轴向预加压，其中所述滚压边缘(25)包括所述滚压边缘(25)的轴向靠内部(28)的锥形面(27)，其特征在于，被定义为所述锥形面(27)的用度数表示的锥度(α)与所述滚压边缘(25)的用毫米表示的厚度(s)之间的比的第一参数(k)采用范围在0.03mm-1和2mm-1之间的值。
2.根据权利要求1所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述锥形面(27)的锥度(α)的范围在0.2°和6°之间。
3.根据权利要求1所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，被定义为所述锥形面(27)的用度数表示的锥度(α)与所述滚压边缘(25)的用毫米表示的长度(L’)之间的比的第二参数(h)采用范围在0.125mm-1和0.5mm-1之间的值。
4.根据权利要求3所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述锥度(α)被包括在2°和4°之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述轴向靠内部(28)的锥形面(27)的长度(L)在5mm和8mm之间。
6.根据权利要求5所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述长度(L)在6mm和7mm之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述滚压边缘(25)的锥形面(27)与轴向靠内平坦面(29)之间的圆角半径(R)具有在0.5mm和2.5mm之间的长度。
8.根据权利要求7所述的带凸缘内圈(20)，其特征在于，所述圆角半径(R)的长度近似等于1.5mm。
9.一种用于机动车的车轮轮毂单元(10)，所述车轮轮毂单元(10)包括带凸缘内圈(20)和轴承单元(30)，所述带凸缘内圈(20)提供径向内滚道(20’)，所述轴承单元(30)包括：
-径向外圈(31)，其提供相应的径向外滚道(31’)，
-径向内圈(34)，其提供径向内滚道(34’)，
-多个滚动体(32，33)，其位于相应的内滚道与外滚道之间，
所述车轮轮毂单元(10)的特征在于，所述带凸缘内圈(20)根据前述权利要求中任一项配置。
10.一种用于滚动轴承的带凸缘内圈(20)的滚压边缘(25)的轨道形成的工具，所述工具(50)包括柱状主体(51)和具有环状施压面(53)的环状加压部(52)，其特征在于，所述施压面(53)与所述工具(50)的位于所述施压面(53)径向内侧的平坦面(54)形成在5°和40°之间的开放角(β)。
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