CN1926349B

CN1926349B - 车轮用轮毂单元

Info

Publication number: CN1926349B
Application number: CN2005800069203A
Authority: CN
Inventors: 千布刚敏; 竹原彻; 杉万朋治; 汤川谨次
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: CN1926349A; JP4543705B2; JP2005249047A

Abstract

一种车轮用轮毂单元，该轮毂单元具有外圈、轮毂、内圈元件和滚动体。外圈在其内周上具有两排轴承轨道。轮毂在外端侧具有安装法兰，沿轴向在车辆中心侧具有端部，并在其外周上具有一体的或作为分离部件的第一轴承轨道，该第一轴承轨道对应于所述外圈的沿轴向位于车辆外端侧的轴承轨道。内圈元件配合在轮毂的所述端部侧，并在其外周上具有第二轴承轨道，该第二轴承轨道与所述外圈的沿轴向位于车辆中心侧的轴承轨道相对，并通过使所述端部沿径向向外塑性变形而固定在所述端部上。滚动体插置在外圈的两个轴承轨道与所述第一和第二轴承轨道之间。所述端部的将塑性变形的部分的外径小于内圈元件的配合在轮毂上的部分的直径，所述小直径部分的起点位于内圈元件的内周面上的倒角部的起点与内圈元件的车辆中心侧端面之间，并且所述端部沿径向向外塑性变形以紧固和固定所述内圈元件。或者，在所述内圈元件的内周面上靠近内端部上的倒角部设置有连续周向槽。

Description

车轮用轮毂单元

技术领域

本发明涉及车辆用轮毂单元。特别是，本发明涉及一种通过对轮毂的车辆中心侧端部进行铆接/敛缝(加締)而使配合在轮毂上的内圈元件紧固和固定在该轮毂上的车辆用轮毂单元。

背景技术

在通过对轮毂的车辆中心侧端部进行铆接而使内圈元件固定的轮毂单元中，铆接工具使将被铆接的端部以沿径向向外延伸的方式塑性变形，以便内圈元件被这样铆接的塑性变形部紧固和固定。在此过程中，存在内圈元件和/或轮毂可能变形而导致内圈元件上的轨道的尺寸改变或轨道表面的形状变形的危险，这会导致轮毂单元的性能恶化。

为了避免内圈元件变形，已经提出了一种在内圈的外径部上安装环形限制夹具以抑制内圈变形的技术(例如，日本专利申请公开No.2000-38005)。

但是，日本专利申请公开No.2000-38005所提出的限制夹具使得必须进行将该夹具插到内圈元件和外圈之间的操作，此外，该操作需要针对每个车轮用轮毂单元执行一次。这费时费力，导致工作效率降低，且生产成本增加。

在根据美国专利No.5226738所公开的现有技术的铆接过程中，通过使用铆接用金属模具逐渐挤压设置在轮毂的车辆中心侧端部的将被铆接的圆柱形部来进行铆接操作。在就在完成之前的铆接操作的最后步骤中，金属模具沿轴向有力地挤压轮毂的将被铆接的端部，以便在内圈元件与轮毂的配合部处产生作为挤压力的分力的使轮毂沿径向朝内圈元件向外移动的力。因此，内圈元件受到沿径向向外的力而变形。当这种变形大时，会在轴承上产生过大的压力并引起轨道变形，这会缩短轴承的寿命、增大转矩或噪声。此外，存在内圈元件和轮毂越牢固地固定在一起，内圈元件沿径向向外的变形就越大的问题。

发明内容

本发明的一个目的是，使内圈元件在铆接时产生的变形尽可能小，并提供一种性能不会恶化的轮毂单元。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的车轮用轮毂单元包括：

在其内周面上具有两个轴承轨道的外圈；

沿轴向在车辆外端侧具有车轮安装法兰并沿轴向在车辆中心侧具有端部的轮毂，所述轮毂在其外周上具有一体的或作为分离部件的第一轴承轨道，该第一轴承轨道对应于所述外圈的沿轴向位于车辆外端侧的轴承轨道；

配合在所述轮毂的所述端部侧的内圈元件，所述内圈元件在其外周上具有第二轴承轨道，该第二轴承轨道与所述外圈的沿轴向位于车辆中心侧的轴承轨道相对，并通过使所述轮毂的所述端部沿径向向外塑性变形而固定在所述端部上；以及

设置在所述外圈的两个轴承轨道与所述第一和第二轴承轨道之间的滚动体，

其中，所述端部的将塑性变形的部分的外径小于内圈元件的配合在轮毂上的部分的直径，所述小直径部分的起点设置成位于内圈元件的内周面上的倒角部的起点与内圈元件的车辆中心侧端面之间，并且所述端部沿径向向外塑性变形以紧固和固定所述内圈元件。

根据本发明的第一方面的车轮用轮毂单元在进行塑性变形过程时不必使用限制夹具。

根据本发明的第一方面，可将内圈元件紧固和固定在轮毂的车辆中心侧，同时使内圈元件的变形尽可能小，从而轴承的使用寿命不会缩短。此外，内圈元件压配合在端部上的长度缩短，从而使组装更容易。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面的车轮用轮毂单元包括：

在其内周面上具有两个轴承轨道的外圈；

在外端侧具有车轮安装法兰并沿轴向在车辆中心侧具有端部的轮毂，所述轮毂在其外周上具有一体的或作为分离部件的第一轴承轨道，该第一轴承轨道对应于所述外圈的沿轴向位于车辆外端侧的轴承轨道；

其中，在所述内圈元件的内周面上与该内周面的内端部上的倒角部相邻地设置有连续周向槽。

通过如上所述在所述内圈元件的内周面上与该内周面的内端部上的倒角部相邻地设置连续周向槽，当在铆接过程的最后阶段使用金属模具沿轴向有力地挤压将被铆接的部分时，轮毂在内圈元件与轮毂的配合部处沿径向向外膨胀的材料部分被疏散到内圈元件的周向槽内，从而可防止膨胀影响内圈元件。从而，可减小在铆接时作用在内圈元件上的沿径向向外的力和在内圈元件的外周上的圆周应力。

根据本发明的第二方面，不仅可通过上述效果减小作用在内圈元件上的沿径向向外的力，而且轮毂的沿径向膨胀的材料进入周向槽，从而进入部分可帮助防止内圈元件相对于轮毂沿轴向移动。这样，可更牢固地固定内圈元件，并且这对于防止车辆用轮毂支承装置的压力失效以及防止可能在配合到轮毂上的内圈元件配合部发生蠕动也是有利的。

此外，在本发明的第二方面中，由于内圈元件的主倒角部保持不变，并且在内圈元件的内周面上与该主倒角部相邻地设置有连续周向槽，所以周向槽不朝向内圈元件的内端面开口。因此，从铆接的初始阶段到最终阶段，进入槽内的材料的量很少，并且当在铆接的最后阶段很大的轴向力使得作用在内圈元件的沿径向向外的力很大时，包括将被铆接的圆柱形部的轮毂材料进入槽内。因此，可降低上述很大的力的影响。由于轮毂材料进入周向槽，还可防止内圈元件相对于轮毂沿轴向移动。此外，根据本发明的第二方面，可消除麻烦的机械加工，例如滚花。

如上所述，在根据本发明的第二方面的车轮用轮毂单元中，当在铆接过程的最后阶段使用金属模具沿轴向方向有力地挤压将被铆接的部分时，可以使轮毂在内圈元件与轮毂的配合部处沿径向向外膨胀的部分疏散到内圈元件的内周面上的周向槽内。因此，可减小在铆接时作用在内圈元件的沿径向向外的力，并减小由铆接引起的内圈元件的膨胀和变形。此外，可防止内圈元件相对于轮毂沿轴向移动，并防止内圈元件沿轴向蠕动或相对移动。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施例的截面图；

图2是示出在轮毂铆接之前的第一实施例的截面图；

图3A到3C示出铆接，图3A是图2中的部分A的放大视图，图3B示出铆接的中间阶段，图3C示出铆接的中间阶段；

图4是第一实施例的第一变型的上半部分的截面图；

图5是第一实施例的第二变型的上半部分的截面图；

图6A和6B示出本发明的第二实施例，图6A是示出车轮用轮毂支承装置的整体结构的截面图，图6B是图6A中的相关部分的放大截面图；

图7是用于示出在铆接操作中周向槽的功能的相关部分的截面图；

图8A到8D是示出第二实施例中的内圈元件上的周向槽的各种示例的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图说明根据本发明的实施例的车轮用轮毂单元。

在此说明书中，其上安装有车轮并且在车轮用轮毂单元安装在车体上的状态下通常朝向车体外侧的车轮用轮毂单元的法兰侧称为外侧，朝向车辆中心的相对侧称为内侧。

下面参照图1和3A-3C说明本发明的第一实施例。

图1是根据第一实施例的车轮用轮毂单元Hu的截面图。

在图1中，轮毂1在其外端侧形成有用于安装车轮(未示出)的法兰1f。第一轴承轨道1a直接设置在法兰侧外周面上，该外周面是轴向中央部的外周面1m的一部分。

靠近车辆中心侧的外周面形成为第一小直径外周部1n，该小直径外周部的直径小于法兰侧外周面的直径，并且该小直径外周部通过台阶部1c连接到法兰侧外周面。第一小直径外周部的车辆中心侧端部11(图1的右方)构成铆接变形部1k。如下文将说明的，铆接变形部1k的硬度接近优选作为用于轮毂1的材料的未经热处理的中碳钢的硬度(HRC 15-28)，因此可容易地通过铆接变形。

分离的内圈元件3配合在第一小直径外周部1n上，第二轴承轨道1b设置在内圈元件3的外周面上。内圈元件3通过位于轮毂1的车辆中心侧的铆接变形部1k紧固在铆接变形部1k和台阶部1c之间，从而固定在轮毂1上。

这样，内圈元件3通过塑性变形部紧固和固定在轮毂1上，该塑性变形部是在轮毂1的一端的铆接变形部。因此，直接形成在轮毂上的第一轴承轨道1a与第二轴承轨道1b构成两个内圈轨道。

内圈元件3在它的车辆中心侧端面3u和内圈元件3的内周面3y之间具有倒角面3v，该倒角面具有单个直径或复合直径。从而，内圈元件3具有有利于通过对轮毂1的端部11进行铆接实现变形的优选形状。

外圈2具有对应于轮毂1的第一轴承轨道1a和第二轴承轨道1b的两排轴承轨道2a、2b。在外圈2的外周部上一体地设置有将安装在车体上的法兰2f。用于密封轮毂1和外圈2之间的间隙的密封圈7、7安装在外圈2的两个端部上。

滚动体4a、4b分别位于第一和第二轴承轨道1a、1b与外圈的轴承轨道2a、2b之间，以允许轮毂1与外圈相对转动。滚动体4a、4b由保持器5保持。从而形成轮毂支承。车轮(未示出)通过螺栓9安装在法兰1f上。

图2示出在还未对轮毂1的车辆中心侧端部11进行铆接变形的状态下的轮毂1。在进行铆接变形之前的状态下，轮毂1的端部11具有其上配合有内圈元件3的第一小直径外周部1n和与该第一小直径外周部1n相邻的第二小直径外周部1s，第二小直径外周部1s具有比第一小直径外周部1n的半径小0.2-1.0mm的半径并向车辆中心侧延伸。在第一和第二小直径外周部1n、1s内形成有沉孔6，沉孔6具有内周面1t和底部1u并具有适于铆接的壁厚，稍后将对其进行说明。

下面参照图3A进行说明，图3A是图2中的部分A的放大视图。

与轮毂1的第一小直径外周部1n相邻的第二小直径外周部1s开始的点1p位于这样的位置，即，该位置距轮毂的台阶部1c的距离小于内圈元件3的宽度B，而大于内圈元件3的宽度B与从倒角部的内表面的起点3p到端面3u的长度R之间的长度差(B-R)。由于这种位置关系，第二小直径外周部1s的起点1p位于内圈3的内周面的倒角部的起点3p和内圈元件3的车辆中心侧端面3u之间。

在图2和3A中，除上述与图1中共同的部件和部分之外的部件和部分仅由参考符号指示，并省略对其的说明。

图3B和3C示出铆接工具(未示出)沿箭头Y指示的方向向图3A中所示的端部11的第二小直径外周部1s施加力以使其膨胀的状态。

当铆接工具沿箭头Y的方向施加力时，轮毂1的第二小直径外周部1s首先开始变形，这是因为第二小直径外周部1s比第一小直径外周部1n薄。

由于第二小直径外周部1s的半径比第一小直径外周部1n的半径小0.2mm或更多，因此当膨胀进行且第二小直径外周部1s与内圈元件3的端面3u开始接触时，如图3C所示，用于使铆接变形部膨胀的力沿Y方向的轴向分量Y_H变得足够大于其径向分量Y_v，因此可以确保沿轴向紧固和固定内圈元件3，并抑制作用在内圈元件3上的径向变形影响。

第二小直径外周部1s的半径比第一小直径外周部1n的半径小1.0mm 以上不是优选的，这是因为不能确保铆接变形部的所需壁厚。

当膨胀继续进行且第二小直径外周部1s与内圈元件3的端面3u开始接触时，由于第二小直径外周部1s的起点1p位于在倒角部的起点3p与内圈元件3的端面3u之间的位置处，所以起点1p与内圈元件3的倒角部3v的接触延迟，并且当起点1p与倒角部开始接触时，使内圈元件3变形的力已经变小。因此，可以减小内圈元件3的轨道1b的变形。

在图3B和3C中，除上述与图3A中共同的部件和部分之外的部件和部分仅由参考符号指示，并省略对其的说明。

下文将参照图4说明第一实施例的第一变型。

图4对应于图3A，示出由倒角部3v1和与倒角部3v1相邻的倒角部3v2构成的复合倒角面3v3，倒角部3v1具有内圈元件3的单个半径尺寸R1，倒角部3v2具有延伸到内圈元件3的内周面的圆弧截面并具有倒角尺寸R2。

复合倒角面3v3具有朝向内圈元件3的中央部的倒角尺寸R1+R2，该尺寸大于图3A中所示的倒角尺寸R。因此，内圈元件3的倒角部的起点3p可进一步靠近内圈元件3的中心部，并且当使用铆接工具以与图3B中所示的方式类似的方式使第二小直径外周部膨胀而产生变形时，第二小直径外周部1s的起点1p与内圈元件3的内周面的倒角部3v2开始接触的时间进一步延迟，并且作用在内圈元件3上的变形影响进一步减小。

鉴于上文，省略对图4中示出的与图2和3A至3C中的部件和部分共同的部件和部分的说明。

下文将参照图5说明第一实施例的第二变型。图5是示出车轮用轮毂单元在中心线上方的上半部的截面图。

根据该第二变型的轮毂1是在法兰侧的第一轴承轨道1a分开设置的轮毂。第一轴承轨道1a和在车辆中心侧的第二轴承轨道1b分别形成在两个内圈元件3a、3b上，并且内圈元件3a和3b配合在第一外周部1n上。轮毂1的端部11具有第二小直径外周部1s，该第二小直径外周部1s设置成与第一外周部1n相邻，并且其直径小于第一小直径外周部1n的直径。第二小直径外周部1s的起点1p在这样的位置范围内，即，在从内圈元件3b的车辆中心侧端面3u的位置开始的内周面的倒角3v的倒角尺寸R内。

在轮毂1的端部11内形成有沉孔6，该沉孔具有内周面1t和底部1u，并具有适于铆接的壁厚。

通过以与图3B中所示的方式类似的方式对端部11进行铆接，将内圈元件3a和内圈元件3b固定在轮毂1的台阶部1c与端部11之间。省略对与图2中的部件和部分共同的部件和部分的说明。

根据第一实施例，可以通过铆接固定内圈元件，并同时使在轮毂的车辆中心侧端部处的内圈元件的变形尽可能小，从而轴承的寿命不会缩短。此外，内圈元件压配合在该端部上的长度缩短，从而使组装更容易。

接下来，说明本发明的第二实施例。

图6A和6B示出第二实施例。

用于车轮101的轮毂支承装置设置有轮毂102、配合在轮毂102上的内圈元件103、外圈104和多个滚动体105、105。轮毂102的外周面的外端部设置有用于支承车轮的法兰106。轮毂102的中间部具有第一内圈轨道107，轮毂102的内端部具有小直径外周部108，该小直径外周部108具有减小的外径。

内圈元件103压配合在轮毂102的小直径外周部108的外周上，以便内圈元件103的外端面抵靠轮毂102的台阶面112上，从而形成两个内轴承轨道107、109。在根据此实施例的轮毂支承装置中，轮毂上的两排轨道之一107直接形成在轮毂102的外周上，而另一轨道109形成在内圈元件103的外周上。

将铆接变形的圆柱形部构成位于轮毂102的内端部处的向内侧延伸超过内圈元件103的内端面的端部，该圆柱形部被沿径向向外弯曲而形成铆接变形部116。内圈元件103被保持在该铆接变形部116和小直径外周部108的台阶面112之间，以便被紧固和固定。

外圈104的内周面设置有与第一内圈轨道107相对的第一外圈轨道113和与第二内圈轨道109相对的第二外圈轨道114。在第一内圈轨道107和第一外圈轨道113之间以及在第二内圈轨道109和第二外圈轨道114之间设置有多个滚动体105、105。在所示情况下，滚动体105、105是球，但在重型车辆用轮毂单元的情况下，有时可能使用锥形滚柱作为滚动体。

当上述用于车轮101的轮毂支承装置安装在车辆上时，外圈104使用设置在外圈104的外周面上的向外延伸的法兰状安装部115固定地安装在悬架装置上，车轮固定地安装在法兰106上。从而，车轮可转动地支承在悬架装置上。

在图6A所示的第一实施例的情况下，如图6B中的相关部分的放大视图所示，与内圈元件103的内周面133的主倒角部135相邻地形成有周向槽136。周向槽136至少在内周面133上是连续的，如果必要的话，可以形成为沿整个圆周，并且在所示情况下具有基本为梯形的横截面形状。

在上述用于车轮101的支承装置中，从在铆接操作之前内圈元件103配合在轮毂102的小直径外周部108上的状态开始，固定地设置在轮毂102的内侧端部上并延伸超过内圈元件103的将铆接变形的端部或圆柱形部120被摆动且转动的金属模具沿轴向挤压，如图6A中的双点划线所示。在此过程中，金属模具施加的力主要以使将铆接变形的圆柱形部120沿径向向外弯曲的方式作用在将铆接变形的圆柱形部120上，并且该力部分地沿轴向挤压将铆接变形的圆柱形部120。此后，随着金属模具沿轴向前进且同时摆动和转动时，将铆接变形的圆柱形部120主要沿轴向方向被挤压，同时以按上述方式弯曲的形式变形，以便将铆接变形的部分120的形状跟随金属模具的摆动内表面所限定的形状。

在铆接操作的最后阶段，如图7所示，金属模具130的模具表面129以预定力F有力地挤压铆接变形部116，以便内圈元件103被保持在轮毂102的台阶部112和铆接变形部116之间，从而被有力地固定。在此过程内，如图7中的箭头所示，由于包括将铆接变形的圆柱形部120的轮毂102的材料部分移动，所以，与轮毂102的将铆接变形的圆柱形部120的基部内的图7中所示的与周向槽136相对的部分134流动并沿径向向外膨胀到与之相对的周向槽136内。

由于材料的膨胀，在周向槽136内形成突出部134。如图7所示，优选防止突出部134的外周面137到达内周底部138。通过使将被吸收或被疏散的材料膨胀到周向槽136内，可以降低直接作用在内圈元件103上的沿径向向外的力，从而可以防止内圈元件103沿径向发生膨胀变形。

在本发明中，通过上述膨胀到周向槽136内，不仅可以减小会导致内圈元件103发生膨胀变形的力，而且还可将内圈元件103更牢固地固定在轮毂102上。这是因为，当轮毂102的径向膨胀部进入周向槽136时，进入部分帮助防止内圈元件103相对于轮毂102沿轴向移动，尤其是内圈元件103朝向图6A中的右侧的错位。这对于防止在车轮用支承装置内出现过大的压力以及防止可能在配合到轮毂102的小直径部分上的内圈元件103的配合部发生蠕动是有利的。鉴于上文，各种试验示出，上述周向槽136的深度优选在约0.5到3mm的范围内，其宽度(即轴向长度)优选在约1.0到8.0mm的范围内，更优选在约2.0到6.0mm的范围内。

尽管在上述情况下，周向槽136的横截面形状是梯形，但是周向槽136也可以其它不同的形式实现。例如，参照仅示出内圈元件的横截面的图8A到8D，不仅可采用图8A中所示的上述形式，而且还可采用如图8B所示的具有大致为三角形的横截面的周向槽136的形式，如图8C所示的具有大致为椭圆形的横截面的周向槽136的形式，以及如图8D所示的具有不对称的、大致为三角形的横截面的周向槽136的形式。

在这些不同的变型中，尤其是在具有不对称的、大致为三角形的横截面的形式下，如图8D中所示的变型中，通过使周向槽136的外侧斜面139的斜度比内侧斜面140的斜度大，由于外侧斜面139与轮毂102的进入周向槽136的材料接合，所以即使当在内圈元件103配合在轮毂102的小直径外周部108上并通过铆接变形而被固定的状态下施加一使内圈元件103朝向内侧错位的很大的力时，仍可提高防止内圈元件移动的效果。

如上述示例所述，内圈元件的周向槽可采用各种横截面形状，只要它们允许轮毂的径向膨胀被疏散。

尽管在上述实施例中，将本发明应用于使用球作为滚动体的轮毂用支承装置中，但是当将本发明应用于使用其它滚动体-例如锥形滚柱、圆柱形滚柱和桶形滚柱-的车轮用轮毂支承装置时，也可实现本发明的类似的有利效果。此外，尽管在上述实施例中将从动轮作为示例进行了说明，但是本发明也可应用于等速万向节的轴插入轮毂中的驱动轮类型的车轮用轮毂支承装置。

Claims

1.一种用于制造车轮用轮毂单元的方法，该轮毂单元包括：

在其内周面上具有两个轴承轨道的外圈；

其特征在于，所述端部(11)的将塑性变形的部分(1s)的外径小于内圈元件的配合在轮毂上的部分(1n)的直径，所述小直径部分(1s)的起点(1p)设置成位于内圈元件(3)的内周面上的倒角部的起点(3p)与内圈元件(3)的车辆中心侧端面(3u)之间，并且所述端部沿径向向外塑性变形，使得当所述小直径部分(1s)与内圈元件(3)的车辆中心侧端面(3u)接触时，所述小直径部分(1s)的起点(1p)位于内圈元件(3)的内周面上的倒角部的起点(3p)与内圈元件(3)的车辆中心侧端面(3u)之间，由此紧固和固定所述内圈元件(3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述小直径部分(1s)与所述内圈元件(3)的车辆中心侧端面(3u)接触时，用于使所述小直径部分(1s)沿径向向外塑性变形的力(Y)的轴向分量(Y_H)足够大于其径向分量(Y_v)，由此紧固和固定所述内圈元件(3)。

3.一种车轮用轮毂单元，该轮毂单元包括：

在其内周面上具有两个轴承轨道的外圈；