CN113771549A - 用于轮毂-车轮组件的轻质径向外圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆的轮毂‑车轮组件(10)的轴承单元(30)的径向外圈(31)，该径向外圈设置有：凸缘部(31a)，具有多个轴向固定孔(36)，将机动车辆的车轮的元件连接到径向外圈；大致圆柱形部(31b)，其径向内表面的一部分限定用于轴承单元的成列滚动体的滚道(31')，凸缘部的轴向内表面(31a')或轴向外表面与圆柱形部的径向外表面(31b')借助于由第一半径(R1)限定的第一部分圆环表面(St1)和由第二半径(R2)限定的第二部分圆环表面(St2)彼此连接，截头圆锥表面(Stc)介于第一部分圆环表面与所述第二部分圆环表面之间，截头圆锥表面由与径向外圈的旋转轴线(X)形成的角度(α)限定。

Description

用于轮毂-车轮组件的轻质径向外圈
技术领域
本发明涉及一种用于设置有轴承单元的轮毂-车轮组件(hub-wheel assembly)的轴承单元的轻质径向外圈，其中，优选的是，通过锻造(forging)生产(/制造)的径向外圈将机动车辆的车轮可旋转地支撑在悬架(suspension)上。然而，本发明也适用于用于轮毂-车轮组件的轴承单元的锻造的固定径向外圈，在该轮毂-车轮组件中，机动车辆的车轮由旋转的车轮轮毂支撑。
因此，该解决方案可以应用于所有代的轮毂-车轮组件。特别地，这样的应用包括以下情况：轴承的外圈旋转而轴承的内圈固定的情况；以及内圈旋转而外圈固定的相反情况。本发明还适用于任意类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
背景技术
设置有用于将机动车辆的车轮可旋转地支撑在悬架(suspension)上的轴承单元的轮毂-车轮组件(hub-wheel assembly)是已知且常用的。轴承单元通常包括一对滚动体，但可以应用本发明的轴承单元的不同构造显然也是已知的。
在现有技术中，轮毂-车轮组件包括轴承单元，轴承单元设置有具有凸缘附接件的旋转径向外圈，凸缘附接件用于联接到机动车辆的旋转元件(例如，车轮或制动元件的盘)。轴承单元还包括一对内圈和多个滚动体(例如，球、滚子或圆锥滚子)。这些组件全部关于旋转元件(例如，轴承单元的径向外圈)的旋转轴线轴对称。
特别是参照图1，根据现有技术的径向外圈131通过锻造(forging)生产(/制造)，并且设置有凸缘部131a和大致(/几乎)(almost)圆柱形部131b，凸缘部131a具有用于固定车轮或制动元件的盘的多个孔136，圆柱形部131b利用其径向内表面的一部分限定用于轴承单元的滚动体的滚道131'。径向外圈的两个部分的相应表面(具体地，凸缘部131a的轴向内表面131a'和圆柱形部131b的径向外表面131b')通过半径为R的曲面彼此连接。
由于日益激烈的国际竞争，客户(即机动车辆制造商)不断需求在轮毂-车轮组件方面持续(/不断)(ongoing)进行技术/经济(/财务)(financial)上的改进。特别地，不断需求提高整个组件的性能或减轻整个组件的重量--自然，所有这些不相应增加成本(不断需要在不增加成本的情况下提高整个组件的性能或减轻整个组件的重量)。因此，有必要完全重新考虑(/重新思考)轮毂-车轮组件或其一些部件的设计，以在减轻重量的同时至少保持相同的性能水平，或者在不增加重量的情况下增强组件的性能。在具有带凸缘的径向外圈(/凸缘径向外圈)(flanged radially outer ring)的轮毂-车轮组件的情况下，这(带凸缘的径向外圈)是最重且最庞大的组件。然而，锻造的技术约束(constraint)不允许寻求限制这些组件的尺寸和重量的设计者有很大的自由度。可以在锻造之后通过加工(/机加工)(machining)来去除多余的材料，例如，机加工以去除切屑(shaving)。然而，这使得生产工艺更加复杂和昂贵。
因此，有必要提出一种不具有上述缺点的用于轮毂-车轮组件的轴承单元的径向外圈的合适解决方案。
发明内容
为了在本质上解决上述技术问题，本发明的一个目的是生产(/制造)一种通过锻造获得的新形状的径向外圈，其中，该新形状被设计为减轻径向外圈的重量并且增强或至少保持轴承单元的所需性能。
该目的通过如下方式实现：将径向外圈生产为使得凸缘部的轴向内表面和圆柱形部的径向外表面借助于由预定连接半径限定的第一部分圆环表面和由预定连接半径限定的第二部分圆环表面彼此连接，其中，截头圆锥表面(truncated cone surface)介于两个圆环表面之间，截头圆锥表面由与径向外圈的旋转轴线形成的预定角度限定。
为了在与锻造工艺相关的技术约束与结构约束之间实现最佳折衷(compromise)，优选地，第一部分圆环表面的半径将在1.5mm与7mm之间，而第二部分圆环表面的半径应大于第一部分圆环表面的半径的两倍。
此外，为了优化重量减轻与机械强度之间的权衡(trade-off)，有利的是，相对于径向外圈的旋转轴线的角度应在10°与20°之间。
优选地，为了便于加工，两个部分圆环表面的中心将相对于径向外圈的其他元件定位(如下面将更详细解释的)。
锻造的径向外圈的这种新形状使得可以避免添加不必要的材料，因此根据应用，可以减轻或限制所述径向外圈的最终重量。这还使得可以在轴承单元的两个滚道以及用于插入轴向外列的球的轴向外槽上获得大体上恒定的材料厚度。
因此，本发明提供一种用于轮毂-车轮组件的轴承单元的径向外圈，所述径向外圈具有在附于本说明书的独立权利要求中阐述的特征。
本发明还涉及一种轴承单元，所述轴承单元设置有根据本发明的实施方式之一的径向外圈。
本发明的其他优选和/或特别有利的实施方式根据所附从属权利要求中阐述的特征来描述。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，附图示出了非限制性实施方式，在附图中：
图1是根据现有技术的轴承单元的径向外圈的截面，
图2是根据本发明的一个实施方式的设置有径向外圈的轮毂-车轮组件的截面，以及
图3示出了图2的轮毂-车轮组件的径向外圈。
具体实施方式
作为非限制性示例，现在将参照设置有轴承单元的用于机动车辆的轮毂-车轮组件(hub-wheel assembly)来描述本发明。
参照图2，根据本发明的优选实施方式的轮毂-车轮组件整体由附图标记10表示。该图示出了示例性构造的细节。
轮毂-车轮组件10具有中心旋转轴线X并且包括轴承单元30，轴承单元30相应地包括：
径向外圈31，优选但不必须是旋转圈，
一对径向内圈34、35，优选但不必须是固定圈，
两列滚动体32、33，在该示例中为球，介于径向外圈31与径向内圈34、35之间，；以及
两个容纳保持架(containment cage)39、40，用于将滚动体列32、33中的滚动体保持就位。
在本说明书的整体和权利要求书中，指示位置和方位(/取向)的术语和表述(诸如，“径向”和“轴向”)参照轴承单元30的中心旋转轴线X。另一方面，诸如“轴向外部(/轴向外)”和“轴向内部(/轴向内)”的表述参照安装时的轮毂-车轮组件，并且在当前的情况下，优选地分别指车轮侧和与车轮相对的一侧。
径向外圈31设置有两个相应的径向外滚道31'，而径向内圈34、35设置有相应的径向内滚道34'、35'，以允许(/使得)介于径向外圈31与径向内圈34之间的轴向外列的滚动体32以及介于径向外圈31与径向内圈35之间的轴向内列的滚动体33滚动。为了简化附图，附图标记32、33将表示单个球和成列的球两者。再次为了简单起见，在本说明书和附图中可以以示例的方式使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”(也使用相同的附图标记)。
轮毂-车轮组件10还可以设置有用于将轴承单元相对于外部环境密封的密封部件50。
径向外圈31具有轴向外凸缘部(/轴向外部的凸缘部)31a。凸缘部具有多个轴向固定孔36。这些孔用作用于许多固定部件(例如，双头螺栓，附图中未示出)的座部(seat)，固定部件以已知的方式将机动车辆的车轮的元件(例如，车轮或制动器的盘(也是已知类型且附图中未示出))连接到径向外圈31。此外，径向外圈31设置有大致(/几乎)(almost)圆柱形部31b，大致圆柱形部31b的径向内表面的一部分限定用于轴承单元30的滚动体的滚道31'。
优选地，径向外圈31具有：第一圆柱形部31c，位于轴向外部，用作机动车辆的车轮的元件的定心部件；以及第二圆柱形部31d，也位于轴向外部，但比第一圆柱形部31c突出得少，用作机动车辆的制动盘的定心部件。
如参照图3可以更清楚地看到的，根据本发明的一个方面，径向外圈31具有这样的形状：使得凸缘部31a的轴向内表面31a'和圆柱形部31b的径向外表面31b'借助于圆环表面的由第一半径R1限定的第一部分St1和圆环表面的由第二半径R2限定的第二部分St2彼此连接。为了简化起见，下面将圆环表面的两个部分定义为圆环表面，将理解的是，在所有情况下，它们都是部分圆环表面。
截头圆锥表面(truncated cone surface)Stc介于第一圆环表面St1与第二圆环表面St2之间，截头圆锥体表面Stc由与径向外圈31的旋转轴线X形成的角度α限定。
优选地，第一圆环表面St1的第一半径R1可以在1.5mm至7mm之间的取值。目的是实现与锻造(forging)工艺相关的技术约束(constraint)与结构约束之间的最佳折衷(compromise)。具体地，低于1.5mm的值在普通锻造工艺中是不可获得的，而高于7mm的值虽然从减轻径向外圈31整体的重量的角度来看是有利的，但将会削弱(/损害)(impair)组件的机械强度，使得其不适用于必须承受相当大的负载的更加苛刻(/要求更高)(demanding)的应用。在一些已经试验过的应用中，第一半径R1的值为5mm呈现出了上面提到的不同需求之间的最佳折衷。
同样，出于实现技术/结构的权衡(trade-off)的同一原因，第二圆环表面St2的第二半径R2应优选大于第一圆环表面St1的第一半径R1，并且甚至更优选大于所述第一半径R1的两倍。
此外，为了优化重量减轻与机械强度之间的权衡，有利地，截头圆锥表面Stc相对于径向外圈31的旋转轴线X的角度α应在10°与20°之间。
优选地，为了便于加工(/机加工)(machining)，两个圆环表面St1、St2的中心将相对于径向外圈31的其他元件定位。
特别地，第一圆环表面St1连接到凸缘部31a的轴向内表面31a'(其为环形表面)，使得第一圆环表面St1的中心Cr1定位在预定直径D2处。该直径D2被计算为轴向固定孔36的轴线的直径D1与同一轴向固定孔36的直径D3之间的差。根据应用，该差可以在+3mm与-3mm之间的范围内增大或减小。因此，在数学方面中，它应是：
D2＝D1-D3±3mm
此外，第二圆环表面St2连接到截头圆锥表面Stc，并且在相对侧连接到圆柱形部31b的径向外表面31b'。第二圆环表面St2的中心Cr2可以参照轴向内列33的滚动体的中心C33的轴向位置在-7mm与+7mm之间的范围内，将理解的是，该中心Cr2可以定位在相对于中心C33具有7mm的半宽(half-width)的轴向环境中。
在固定径向外圈的情况下，也可以应用相同的设计考虑(/设计考量)(designconsideration)。在这种情况下，如已知的实践，圈的形状将大致是上述形状的镜像，带有轴向内侧、连接到机动车辆的固定结构(例如，悬架(suspension)的立柱(upright))的凸缘部。与上面分析的情况的唯一区别将是第二圆形表面的中心Cr2的轴向参照(/轴向基准)：该中心实际上将参照轴向外列32的滚动体的中心(而不是轴向内列33的滚动体的中心)的轴向位置。
总而言之，锻造的径向外圈的这种新形状使得可以避免添加不必要的材料，因此根据应用，可以减轻用于类似应用的径向外圈的重量，或者可以限制所述径向外圈的最终重量以用于更苛刻(/更加有要求)的应用。
这种材料优化还使得可以在径向外圈31的两个滚道31'和用于插入轴向外列滚动体32的轴向外槽31”上获得几乎恒定的材料厚度。
最后，这种旨在优化重量与性能之间的权衡的新设计还使得：可以保持锻造工艺的可行性(feasibility)，并且不必进行进一步的加工操作以去除切屑，从而降低了整个用于生产(/制造)径向外圈的方法的成本。
除了上面描述的本发明的实施方式之外，注意，本发明还适用于许多其他变型。因此，必须理解的是，这些实施方式仅是示例，并且不限制本发明的范围或其应用或其可行的构造。相反，尽管上面的描述使得本领域技术人员至少根据本发明的一个示例性实施方式来实现本发明，但必须理解的是，所描述的组件的许多变型是可行的，而不会脱离所附权利要求中限定的按照字面(/文字)上和/或根据其合法等同物解释的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种轴承单元(30)的径向外圈(31)，所述轴承单元(30)用于机动车辆的轮毂-车轮组件(10)，所述径向外圈(31)包括：
-凸缘部(31a)，具有多个轴向固定孔(36)，所述多个轴向固定孔(36)将所述机动车辆的车轮的元件连接到所述径向外圈(31)，
-大致圆柱形部(31b)，所述圆柱形部(31b)的径向内表面的一部分限定用于所述轴承单元(30)的成列滚动体(32、33)的滚道(31')，并且
所述径向外圈(31)的特征在于：
所述凸缘部(31a)的轴向内表面(31a')或轴向外表面与所述圆柱形部(31b)的径向外表面(31b')借助于由第一半径(R1)限定的第一部分圆环表面(St1)和由第二半径(R2)限定的第二部分圆环表面(St2)彼此连接，
并且在于以下事实：
截头圆锥表面(Stc)介于所述第一部分圆环表面(St1)与所述第二部分圆环表面(St2)之间，所述截头圆锥表面(Stc)由与所述径向外圈(31)的旋转轴线(X)形成的角度(α)限定。
2.根据权利要求1所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述第一部分圆环表面(St1)的第一半径(R1)在1.5mm与7mm之间取值。
3.根据权利要求1和2所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述第二部分圆环表面(St2)的第二半径(R2)大于所述第一部分圆环表面(St1)的第一半径(R1)的两倍。
4.根据前述权利要求中任一项所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述截头圆锥表面(Stc)相对于所述径向外圈(31)的旋转轴线(X)的角度(α)在10°与20°之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述第一部分圆环表面(St1)连接到所述凸缘部(31a)的轴向内表面(31a')或轴向外表面，使得所述第一部分圆环表面(St1)的中心(Cr1)定位在预定直径(D2)处，所述预定直径(D2)被计算为所述轴向固定孔(36)的轴线的直径(D1)与所述轴向固定孔(36)的直径(D3)之间的差。
6.根据权利要求5所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述预定直径(D2)的值在+3mm与-3mm之间的范围增大或减小。
7.根据前述权利要求中任一项所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述第二部分圆环表面(St2)连接到所述截头圆锥表面(Stc)和所述圆柱形部(31b)的径向外表面(31b')，并且所述第二部分圆环表面(St2)的中心(Cr2)参照所述成列滚动体(32、33)的滚动体的中心(C33)的轴向位置。
8.根据权利要求7所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述第二部分圆环表面(St2)的中心(Cr2)定位在轴向内列滚动体(33)的滚动体的中心(C33)的轴向范围或者定位在轴向外列滚动体(32)的滚动体的中心的轴向范围，所述范围具有等于7mm的半宽。
9.根据前述权利要求中任一项所述的径向外圈(31)，其特征在于，所述径向外圈包括：第一圆柱形部(31c)，位于轴向外部，用作用于所述机动车辆的车轮的元件的定心部件；以及第二圆柱形部(31d)，也位于轴向外部，但比所述第一圆柱形部(31c)突出得少，所述第二圆柱形部(31d)用作用于所述机动车辆的制动盘的定心部件。
10.一种用于机动车辆的轮毂-车轮组件(10)，所述组件包括轴承单元(30)，所述轴承单元(30)进而包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的径向外圈(31)；
-一对径向内圈(34、35)；
-两列滚动体(32、33)，介于所述径向外圈(31)与所述径向内圈(34、35)之间；以及
-两个容纳保持架(39、40)，用于将所述两列滚动体(32、33)中的滚动体保持就位。
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