CN115681321A - 一种高稳定性汽车轮毂单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承技术领域。目的在于提供一种高稳定性汽车轮毂单元，包括芯轴和套接在芯轴外的外套，所述外套与芯轴之间形成转动环隙；所述转动环隙的两端设置有密封组件，转动环隙内设置有三组滚子；三组所述滚子包括位于靠近转动环隙两端处的、接触角对向设置的第一倾斜滚子、第二倾斜滚子，以及位于转动环隙中部的一组零度角滚子；所述第一倾斜滚子和第二倾斜滚子位于斜沟槽内，零度角滚子位于正沟槽内。本发明通过零度角滚子的加入，能够极大的提升轮毂轴承的轴向和径向承载力，尤其是径向承载力，使得轮毂轴承稳定性更好。

Description

一种高稳定性汽车轮毂单元

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种高稳定性汽车轮毂单元。

背景技术

汽车轮毂单元(也就是汽车轮毂轴承)的作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导的结构，既承受轴向载荷又承受径向载荷，是汽车中非常关键的零部件之一。其一般包括外套和芯轴，外套和芯轴之间通过滚子支撑形成转动配合，滚子通过保持架进行限位。

近年来，随着人们对汽车安全和寿命的重视，各个制造商和用户对质量提出了更高的要求。现有的轮毂单元通常采用两列滚动体(也就是滚子)，且为了满足装配要求，滚动体接触方向都采用对角设计，这种方式能够在轴向和径向上均提供一定的承重力，并通过对滚动体接触角的设计调整，满足日常的承重需求。但对于一些高端车型，以及对于径向承重载荷更高的使用场景而言，若能在两组对角设计的滚动体之间加入一列零度角的滚动体，将能够极大的提升车辆在静态和正常行驶中的承重力上限，提升其稳定性。然而在现有的装配形式下，这种三列滚动体的轮毂单元还未见报道。

同时，汽车轮毂轴承作为轮毂安装的位置，由于其长期在泥、水等恶劣工况条件下运行，故其密封性也是其性能参数的一个重要指标。目前，现有的轮毂轴承大多采用迷宫式的多唇密封形式，通常是在外套和芯轴上对应的转动环隙两端安装两个多唇密封组件，多唇密封组件由正反两个L形密封环构成(动静密封环)，动密封环与芯轴外周面过盈装配，静密封环与外套的内表面过盈装配，二者之间对应交错布置多个密封唇，从而形成曲折的非接触式密封迷宫。为了提升密封迷宫的曲折性，现有技术中普遍的做法是通过增加密封唇的数量，但这种做法需要在有限的密封环面积基础上增加大量的密封唇，极大的提升了密封组件的加工难度和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效提升径向支撑力上限的高稳定性汽车轮毂单元。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种高稳定性汽车轮毂单元，包括芯轴和套接在芯轴外的外套，所述外套与芯轴之间形成转动环隙；所述转动环隙的两端设置有密封组件，转动环隙内设置有三组滚子；

三组所述滚子包括位于靠近转动环隙两端处的、接触角对向设置的第一倾斜滚子、第二倾斜滚子，以及位于转动环隙中部的一组零度角滚子；所述第一倾斜滚子和第二倾斜滚子位于斜沟槽内，零度角滚子位于正沟槽内；

所述芯轴包括芯轴主体、副内套和主内套；所述芯轴主体上设置轮毂法兰，芯轴主体远离轮毂法兰一端的外周面上还设置有台阶形的安装颈，所述安装颈上由内至外依次套设有副内套和主内套，所述副内套通过主内套的端部压紧在安装颈上；所述第一倾斜滚子和第二倾斜滚子对应的斜沟槽的外槽腔位于外套的内周面上，内槽腔分别位于主内套和芯轴主体的外周面上；所述零度角滚子对应的正沟槽的外槽腔位于外套的内周面上，内槽腔位于副内套的外周面上。

优选的，所述副内套与安装颈构成间隙配合，所述主内套与安装颈构成过盈配合。

优选的，所述主内套的内端设置有朝副内套所在一侧延伸的圆锥台段，所述副内套的内表面为与圆锥台段外侧壁倾斜度相适配的抵接斜面；所述副内套通过主内套的端部和圆锥台段共同抵紧在安装颈上。

优选的，所述芯轴为空心轴，所述芯轴的内孔设置有内花键。

优选的，所述芯轴主体的轮毂法兰上设置有若干个螺栓孔，所述螺栓孔内适配有轮毂螺栓。

优选的，所述外套中段的外周面上设置有环形的固定法兰。

优选的，三组所述滚子均通过保持架维持在转动环隙内。

本发明的有益效果集中体现在：通过零度角滚子的加入，能够极大的提升轮毂轴承的轴向和径向承载力，尤其是径向承载力，使得轮毂轴承稳定性更好。具体来说，本发明在现有两组倾斜滚子的基础上，在转动环隙的中段加入了零度角滚子，零度角滚子能够极大的提升径向承载力，同时在轴向承载力上也有一定的提升，但零度角滚子由于位于中段，装配困难。为此，本发明配套设计主内套和副内套，在装配时，先利用副内套将零度角滚子与外套装配形成一个整体，然后再在外套内插入芯轴，进行第二倾斜滚子的装配；然后再将主内套压装在安装颈上，进行第一倾斜滚子的装配。本发明不仅从整体上提升了轮毂轴承的稳定性，同时同步解决了零度角滚子的装配问题。

附图说明

图1为本发明一种优选实施例的结构示意图；

图2为本发明另一种优选实施例的结构示意图；

图3为密封组件的结构示意图；

图4为图3中A部放大图。

具体实施方式

如图1-4所示的，一种汽车轮毂单元，亦可称之为一种汽车轮毂轴承，其与传统轮毂轴承相同之处在于，其也包括芯轴和套接在芯轴外的外套1，所述外套1与芯轴之间形成转动环隙2。转动环隙2内设置滚动体，也就是下文所述的滚子，通过滚子对芯轴和外套1的相对转动形成轴向和径向支撑。本发明所述转动环隙2的两端设置有密封组件3，密封组件3用于对转动环隙2进行密封，以防止润滑脂漏出，以及外界杂质侵入，密封组件3通常采用多唇密封组件进行非接触式密封。

现有的轮毂轴承通常采用两组滚子对外套1和芯轴进行支撑，两对滚子根据需要采用0-90°接触角对角设置，以提供对向的轴向支撑力。这种方式，由于滚子在提供轴向支撑力的同时还需要分摊较大的径向支撑力，故具有较大的疲劳损伤风险，不利于轮毂轴承的长期高强度使用。为此，本发明在转动环隙2内设置有三组滚子，通过在两端的两组滚子之间加入一组零度角滚子，通过零度角滚子提供更好的径向支撑，同时提供一定的轴向辅助支撑。

如图1中所示，本发明三组所述滚子包括位于靠近转动环隙2两端处的、接触角对向设置的第一倾斜滚子4、第二倾斜滚子5，以及位于转动环隙2中部的一组零度角滚子6。所述第一倾斜滚子4和第二倾斜滚子5位于斜沟槽7内，零度角滚子6位于正沟槽8内。采用这种滚子形式后，轮毂轴承主要的轴向支撑由第一倾斜滚子4和第二倾斜滚子5提供，零度角滚子6进行轴向辅助支撑；轮毂轴承的径向支撑由零度角滚子6提供，第一倾斜滚子4和第二倾斜滚子5进行径向辅助支撑。进而通过这样的布局形式，分摊了各组滚子之间的支撑载荷，降低了磨耗风险，提高了其使用寿命和稳定性。

但由于在两组倾斜滚子之间加入了零度角滚子6，其无法采用传统的装配方式，为此，本发明更好的做法还可以是，如图1中所示，所述芯轴包括芯轴主体9、副内套10和主内套11，主内套11用于承托第一倾斜滚子4，副内套10用于承托零度角滚子6。所述芯轴主体9上设置轮毂法兰12，其用于与轮毂结合。一般情况下，所述芯轴主体9的轮毂法兰12上设置有若干个螺栓孔17，所述螺栓孔17内适配有轮毂螺栓18，螺栓孔17一般采用最为常见的五孔设计，图1中为了展示方便，螺栓孔17为对向布置。

为了便于主内套11和副内套10的安装，所述芯轴主体9远离轮毂法兰12一端的外周面上还设置有台阶形的安装颈13，所述安装颈13上由内至外依次套设有副内套10和主内套11，如图1中所示，也就是从右至左设置有副内套10和主内套11，所述副内套10通过主内套11的端部压紧在安装颈13上。所述第一倾斜滚子4和第二倾斜滚子5对应的斜沟槽7的外槽腔位于外套1的内周面上，内槽腔分别位于主内套11和芯轴主体9的外周面上。所述零度角滚子6对应的正沟槽8的外槽腔位于外套1的内周面上，内槽腔位于副内套10的外周面上。

在装配时，本发明先利用副内套10将零度角滚子6与外套1装配形成一个整体，然后再在外套1内插入芯轴，进行第二倾斜滚子5的装配；然后再将主内套11压装在安装颈13上，进行第一倾斜滚子4的装配。本发明不仅从整体上提升了轮毂轴承的稳定性，同时同步解决了零度角滚子的装配问题。

可选方式为，本发明的主内套11和副内套10均与安装颈13形成过盈配合，保证主内套11和副内套10在安装颈13上的稳定性。但这种方式，由于安装颈13在于主内套11和副内套10结合时，需要进行二次压装，不仅增大了装配难度，同时也增大了二次过盈压装导致的产品损伤风险。为此，本发明更好的做法还可以是，所述主内套11和副内套10采用不同的内径，所述主内套11与安装颈13构成过盈配合，所述副内套10与安装颈13构成间隙配合。这样一来，在进行第二倾斜滚子5的安装过程中，芯轴与外套1之间就无需进行压装，只需在对中良好后直接进行插装即可。

当然，为了进一步提高本发明副内套10的支撑强度，使得径向支撑力能够更好的传递至芯轴，本发明更好的做法还可以是，如图2中所示，所述主内套11的内端设置有朝副内套10所在一侧延伸的圆锥台段14，所述副内套10的内表面为与圆锥台段14外侧壁倾斜度相适配的抵接斜面。所述副内套10通过主内套11的端部和圆锥台段14共同抵紧在安装颈13上。同时，采用这种方式在进行零角度滚子6的装配时，副内套10具有更大的上下摆动空间，使得零度角滚子6的装配更方便。另外，仅需在装配主内套11和第一倾斜滚子4时进行一次过盈压装，能够极大的降低产品损伤风险。

本发明采用的芯轴可以是空心轴，也可以是实心轴；当采用空心轴时，为了便于与车轴结合，芯轴的内孔通常设置有内花键。至于外套1的固定形式，通常是在所述外套1中段的外周面上设置有环形的固定法兰19，并通过固定法兰19进行安装。除此之外，本发明三组所述滚子均可以通过增设保持架，维持其在转动环隙2内的稳定。

本发明所述的汽车轮毂轴承，除采用两组倾斜滚子和一组零度角滚子构成的三列滚子形式外，其另一个特殊之处，在于其采用了独特的多唇密封组件。密封组件3通过轴承工作的温度变化，其能够自适应的调整多唇密封组件内的密封迷宫25的曲折性，进而进一步保证了密封效果，尤其是在高转速工况下其密封性能的提升尤为明显。

结合图1和3中所示，本发明所述密封组件3包括套设在芯轴外的动密封环20和穿设在外套1内的静密封环21，在上述设置有主内套11的形势下，动密封环20实际上直接安装在主内套11上，在其他情况下，其直接布置在转动环隙2两端的两个相对转动件上。如图4中所示，所述动密封环20和静密封环21均包括连接圈22和沿连接圈22径向延伸的密封盘23，所述连接圈22和密封盘23形成L形结构，且动密封环20和静密封环21L形的朝向相反。所述动密封环20的连接圈22与芯轴过盈配合，静密封环21的连接圈22与外套1构成过盈配合。

如图4中所示，所述动密封环20和静密封环21对应的密封盘23上相对的一面设置有密封唇24，一般所述动密封环20和静密封环21的密封盘23上相对的一面均设置有至少两道密封唇24。如图4中即是动密封环20上设置两道密封唇24，静密封环21上设置两道密封唇24。当然，在不考虑加工难度和制作成本的情况下，理论上密封唇24的数量越多，形成的密封迷宫25越曲折，其密封性能越好。但一般情况下，设置2-3道即可，其既具备较好的经济性和交底的加工难度，同时配合本发明中特殊的唇设计，也能达到较高的密封效果。

所述动密封环20和静密封环21上的密封唇24相互交错，形成密封迷宫25。所述密封唇24由金属骨架26和设置在金属骨架26表面的橡胶唇片27构成，金属骨架26的主要作用在于提升密封唇24的强度，避免在使用过程中出现变形。动密封环20和静密封环21上的密封唇24应当完全交错，避免在装配时造成干扰。

本发明采用动密封环20和静密封环21的密封盘23上的密封唇24形成密封迷宫25，密封迷宫25对转动过程中润滑脂的外溢和外界物质的入侵具有极好的折流效果，从而保证密封性。

本发明尤为特殊之处在于，位于所述密封唇24悬伸端的橡胶唇片27上设置有横截面呈凸轮状的唇沿28，所述唇沿28凸出的一侧朝向相邻的密封唇24，唇沿28的另一侧内设置有中空的环腔29，所述环腔29内充填有热膨胀介质，如空气或其他热膨胀敏感气体等均可。

在高速运转的过程中，由于外套1与芯轴(或主内套11)之间的相对转速较快，轮毂轴承整体温度上升，此时转动环隙2内的润滑脂流动性变强。相较于非转动静态或低转动动态而言，其密封风险相对更大。而本发明随着轮毂轴承温度的上升，密封组件3处的温度也上升，此时受到温度上升的影响，橡胶唇片27的唇沿28的环腔29内的膨胀介质受热膨胀，使得唇沿28膨胀。由于唇沿28呈凸轮状，在膨胀介质膨胀时，能够带动唇沿28的凸出侧朝相邻的密封唇24弯折，也就是如图4中小箭头指示方向弯折，进而使得密封迷宫25的局部更加狭窄，增强了折流效果。同时，采用这种温升后膨胀的形式，也能够避免装配过程中，动密封环20和静密封环21上的密封唇24相互阻挡干扰，保证了装配的顺畅性，降低了密封唇24在装配过程中强制装入造成的变形风险。

当然，为了进一步保证唇沿28在弯折时的指向稳定性，位于所述密封槽悬伸端的金属骨架26上设置有倾斜的弯边30。通过弯边30对唇沿28上的膨胀部的阻挡，使得这种弯折更加的可控，密封效果更好。

另外，本发明为了保证金属骨架26的安装稳定性，所述连接圈22和密封盘23上设置有用于卡设金属骨架26的卡槽31，所述金属骨架26安装在卡槽31内。

除此之外，所述密封组件3的外侧的转动环隙2内还设置有磁性盖32，所述磁性盖32吸附在动密封环20的密封盘23上。磁性盖32的加入能够进一步提升轮毂轴承整体的密封性。

Claims (7)

1.一种高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：包括芯轴和套接在芯轴外的外套(1)，所述外套(1)与芯轴之间形成转动环隙(2)；所述转动环隙(2)的两端设置有密封组件(3)，转动环隙(2)内设置有三组滚子；

三组所述滚子包括位于靠近转动环隙(2)两端处的、接触角对向设置的第一倾斜滚子(4)、第二倾斜滚子(5)，以及位于转动环隙(2)中部的一组零度角滚子(6)；所述第一倾斜滚子(4)和第二倾斜滚子(5)位于斜沟槽(7)内，零度角滚子(6)位于正沟槽(8)内；

所述芯轴包括芯轴主体(9)、副内套(10)和主内套(11)；所述芯轴主体(9)上设置轮毂法兰(12)，芯轴主体(9)远离轮毂法兰(12)一端的外周面上还设置有台阶形的安装颈(13)，所述安装颈(13)上由内至外依次套设有副内套(10)和主内套(11)，所述副内套(10)通过主内套(11)的端部压紧在安装颈(13)上；所述第一倾斜滚子(4)和第二倾斜滚子(5)对应的斜沟槽(7)的外槽腔位于外套(1)的内周面上，内槽腔分别位于主内套(11)和芯轴主体(9)的外周面上；所述零度角滚子(6)对应的正沟槽(8)的外槽腔位于外套(1)的内周面上，内槽腔位于副内套(10)的外周面上。

2.根据权利要求1所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：所述副内套(10)与安装颈(13)构成间隙配合，所述主内套(11)与安装颈(13)构成过盈配合。

3.根据权利要求2所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：所述主内套(11)的内端设置有朝副内套(10)所在一侧延伸的圆锥台段(14)，所述副内套(10)的内表面为与圆锥台段(14)外侧壁倾斜度相适配的抵接斜面；所述副内套(10)通过主内套(11)的端部和圆锥台段(14)共同抵紧在安装颈(13)上。

4.根据权利要求3所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：所述芯轴为空心轴，所述芯轴的内孔设置有内花键。

5.根据权利要求4所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：所述芯轴主体(9)的轮毂法兰(12)上设置有若干个螺栓孔(17)，所述螺栓孔(17)内适配有轮毂螺栓(18)。

6.根据权利要求5所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：所述外套(1)中段的外周面上设置有环形的固定法兰(19)。

7.根据权利要求6所述的高稳定性汽车轮毂单元，其特征在于：三组所述滚子均通过保持架维持在转动环隙(2)内。

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