本發(fā)明涉及一種輪轂軸承單元，其包括以轉(zhuǎn)子形式構(gòu)造的輪轂。特別地，該單元在其內(nèi)包括等速萬向節(jié)。所討論的單元適用于軸承的內(nèi)圈可旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用，或者適用于機(jī)動車輛的驅(qū)動輪的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

從現(xiàn)有技術(shù)中已知應(yīng)用于機(jī)動車輛的驅(qū)動輪的凸緣類型的輪轂軸承單元。例如，文獻(xiàn)ep2602123a1描述了一種用于機(jī)動車輛的車輪的輪轂軸承單元，其在這種情況下是不對稱的，包括可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的凸緣輪轂、固定到凸緣輪轂并且橫向于旋轉(zhuǎn)軸線放置的凸緣、徑向定位在凸緣輪轂的外側(cè)并且設(shè)置有彼此軸向間隔開的座圈的固定環(huán)、以及定位在固定環(huán)和凸緣輪轂之間的兩排滾動體(例如滾珠)。凸緣輪轂一體地形成用于軸向外部的成排滾珠的徑向內(nèi)座圈，而用于軸向內(nèi)部的成排滾珠的徑向內(nèi)座圈形成在軸承的內(nèi)圈上，徑向地和外部地安裝在凸緣輪轂上。

這種類型的實(shí)施例，特別是當(dāng)用于在傳遞載荷方面要求的應(yīng)用中時，在軸承的圈和滾動體之間產(chǎn)生相當(dāng)大的局部載荷；此外，該實(shí)施例不能用于生產(chǎn)非常堅固或高度耐用的軸承。

最后，由于存在固定到凸緣輪轂并橫向于旋轉(zhuǎn)軸線的凸緣部分，并且還由于凸緣軸承和等速萬向節(jié)的軸向長度將在這些部件安裝在車輛上時彼此相對增加，因此通常具有大的軸向總體尺寸。

還應(yīng)當(dāng)記住，盡管機(jī)動車輛制造商需要持續(xù)改進(jìn)軸承的性能，特別是在強(qiáng)度或至少剛性方面，但是它們還要求在產(chǎn)品中提供這樣的性能而不需要額外的成本，或者甚至以更低的成本。同時，機(jī)動車輛制造商旨在遵守持續(xù)降低co2排放的法定要求，越來越多地將車輛的重量視為一個基本參數(shù)。必須減小車輛的所有部件的重量。如果以部件重量的不可忽略的增加為代價，則軸承的強(qiáng)度的增加通常是不可接受的。還應(yīng)該記住，許多制造商不再需要單獨(dú)的部件，而是需要預(yù)組裝的模塊，這對于安裝在汽車上更容易處理。

為了提高軸承的性能特別是強(qiáng)度，必須增加壓力中心之間的距離。這可以通過增加軸承滾動體中心的圓周的直徑(稱為節(jié)圓直徑)來實(shí)現(xiàn)。這樣的解決方案是已知的并且已經(jīng)被開發(fā)以便在相當(dāng)大程度上改進(jìn)性能。增加節(jié)圓直徑具有的缺點(diǎn)是，體積且因此重量也隨著節(jié)圓直徑的值的平方而顯著增加。這種重量增加通常對于機(jī)動車輛制造商是不可接受的。

通過進(jìn)一步增加滾動體中心圓周的直徑，可以進(jìn)行另一種改進(jìn)，使得等速萬向節(jié)可以裝配到軸承中，并且被稱為萬向節(jié)的罩(bell)的部分可以與輪轂也就是說與軸承的內(nèi)圈集成。顯然，部件的集成使得能夠減小整個單元的重量和成本。通過還將軸承的小內(nèi)圈與萬向節(jié)的罩集成在軸向內(nèi)部位置，可以進(jìn)一步減小重量和成本。換句話說，輪轂還用作軸承的單個內(nèi)圈和等速萬向節(jié)的罩。

顯然，這些設(shè)計指導(dǎo)本身不足以開發(fā)具有相當(dāng)大的強(qiáng)度而又輕且不增加成本的新型輪轂軸承單元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于機(jī)動車輛的驅(qū)動輪的輪轂軸承單元，其特征在于強(qiáng)度和輕便性，而不會增加成本。

這不僅通過增加軸承滾動體中心的圓周的直徑，通過將等速萬向節(jié)裝配到軸承中并且將被稱為萬向節(jié)的罩的部分與輪轂(也就是說與軸承的內(nèi)圈)集成，但最重要的是通過以提供具有高強(qiáng)度并結(jié)合有限重量的單元的方式設(shè)計整個單元的顯著尺寸來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，描述了一種具有所附獨(dú)立權(quán)利要求中所述特征的輪轂軸承單元。

根據(jù)在所附從屬權(quán)利要求中所述的特征描述本發(fā)明的其它優(yōu)選和/或特別有利的實(shí)施例。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的一些非限制性示例性實(shí)施例，其中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的通過輪轂軸承單元的軸向?qū)ΨQ截面，

-圖2是通過輪轂軸承單元的軸向?qū)ΨQ截面，示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例，以及

-圖3是通過輪轂軸承單元的軸向?qū)ΨQ截面，示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的輪轂軸承單元整體由10表示。

單元10包括輪轂20和軸承單元30。在整個本說明書和權(quán)利要求書中，指示位置和取向比如“徑向”和“軸向”的任何術(shù)語和表達(dá)被解釋為涉及軸承單元30的中心旋轉(zhuǎn)軸線x。然而，諸如“軸向外部”和“軸向內(nèi)部”的表述是指組裝狀態(tài)，并且在當(dāng)前情況下，優(yōu)選地分別是指車輪側(cè)和與車輪側(cè)相對的一側(cè)。

軸承單元30包括固定的徑向外圈31和兩排滾動體32、33，在該示例中為滾珠，它們位于徑向外圈31和用作徑向內(nèi)圈的輪轂20之間。為了簡化圖形表示，附圖標(biāo)記32和33用于指示單獨(dú)的滾珠和成排的滾珠；特別地，32表示軸向外部的成排滾珠或單獨(dú)的滾珠，而33表示軸向內(nèi)部的成排滾珠或單獨(dú)的滾珠。此外，為了簡單起見，術(shù)語“滾珠”在本說明書和附圖中作為示例被頻繁使用，而不是更通用的術(shù)語“滾動體”(并且也使用相同的附圖標(biāo)記)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何其它滾動體(例如滾子、圓錐滾子、滾針滾子等)來代替滾珠。

圖1示出了對稱軸承的情況，也就是說，對于兩組成排的滾動體具有相同節(jié)圓的軸承。本說明書的其余部分的內(nèi)容也適用于不對稱軸承的情況，這兩種軸承類型之間唯一的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于，相應(yīng)圈32、33的滾動體的中心的圓周的直徑在對稱軸承中具有相同的值pb，而上述直徑在不對稱軸承中彼此不同。優(yōu)選地呈軸向延伸管形狀的徑向外圈31在其自身內(nèi)限定用于相應(yīng)的成排滾動體32、33的座圈34、35。

徑向外圈31具有適于聯(lián)接到形成在車輛的固定元件(例如在附圖中未示出的已知類型的懸架的轉(zhuǎn)向節(jié))中的圓柱形座的徑向外圓柱形表面31a。圓柱形表面31a在徑向外圈31的整個軸向尺寸上延伸，并且具有與轉(zhuǎn)向節(jié)的圓柱形座的尺寸相同數(shù)量級的軸向尺寸。

成排的滾動體32、33不僅在徑向外圈31上旋轉(zhuǎn)，而且在輪轂20的中心管狀部分21上旋轉(zhuǎn)，其限定用于軸向外部的滾動體32的座圈36和用于軸向內(nèi)部的滾動體33的軸向內(nèi)座圈37。為了更清楚起見，在圖2中示出了前述的座圈36、37。輪轂20因此用作單個內(nèi)圈，替代兩個內(nèi)圈，如眾所周知的，這兩個內(nèi)圈通常用于凸緣輪轂軸承單元的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。

輪轂20還限定了在軸向內(nèi)側(cè)上的肩部22和軸向外凸緣部分23。凸緣部分具有多個軸向固定孔24，其軸線沿著直徑pcd的圓周相對于對稱軸線x放置。這些孔是用于相同數(shù)量的固定裝置(例如圖中未示出的固定螺栓)的座，其以已知的方式將機(jī)動車輛車輪的元件例如制動盤(也是已知類型的，在圖中未示出)連接到輪轂20。

有利地，用于使機(jī)動車輛的車輪和制動盤居中的襯套50可以由金屬板例如鋼制成，并且優(yōu)選地通過簡單的壓配合操作聯(lián)接到輪轂的凸緣部分23?？商娲?，如圖2所示，該襯套50可以與輪轂20制成一體。

來自機(jī)動車輛(未示出)的變速器組件的半軸的運(yùn)動的傳遞由等速萬向節(jié)60提供。特別地，萬向節(jié)60的外罩集成到輪轂20中，輪轂20限定萬向節(jié)的座圈62在其軸向內(nèi)終端部分61中。通過保護(hù)蓋63將萬向節(jié)與外部隔離而將潤滑脂容納在等速萬向節(jié)內(nèi)部。

可替代地，可以通過形成輪轂20來省略保護(hù)蓋，如圖3所示，作為具有盤狀加強(qiáng)部分25的腹板結(jié)構(gòu)，其將包含等速萬向節(jié)60的空間與外部環(huán)境密封。加強(qiáng)部分25可以有利地設(shè)置有凹槽以減小其重量。

為了增加強(qiáng)度，輪轂軸承單元被設(shè)計成顯著地增加兩排滾動體的的節(jié)圓直徑pb，將其值提高到接近軸向固定孔24的軸線的圓周的直徑pcd的值。

另外，由于兩個直徑pb和pcd的值相似，所以可以減小輪轂20的凸緣部分23的徑向延伸。因此，與標(biāo)準(zhǔn)解決方案的t形相比，該單元具有更管狀的形狀，象一種轉(zhuǎn)子。因此，由車輪施加在輪轂凸緣上的彎曲扭矩的影響顯著減小，結(jié)果是施加到軸承本身的滾動體的力減小。

此外，增大的節(jié)圓直徑使得等速萬向節(jié)60能夠安裝在單元內(nèi)部，并且使得萬向節(jié)的罩能夠集成到輪轂20中，即結(jié)合到軸承的內(nèi)圈中。部件的集成限制了作為整體的單元的重量和成本。

最后，如果襯套50也集成到輪轂20中，如圖2所示的實(shí)施例那樣，則單元的部件總數(shù)減少兩個。

因此，通過單元的某些幾何特性的適當(dāng)設(shè)計來優(yōu)化單元。

首先，這適用于軸向內(nèi)部的成排滾動體的中心與等速萬向節(jié)的滾動中心之間的軸向距離l。

如果等速萬向節(jié)的滾動中心相對于軸向內(nèi)部的滾動體的中心處于軸向內(nèi)部位置，則該軸向距離l通常被認(rèn)為是正的。相反，如果等速萬向節(jié)的滾動中心相對于軸向內(nèi)部的滾動體的中心處于軸向外部位置，則距離l具有負(fù)值。如果滿足以下條件，則獲得在單元的高強(qiáng)度和減小的重量方面的更大優(yōu)化：

其中：

l是軸向內(nèi)部的滾動體33的中心與等速萬向節(jié)的滾動中心之間的軸向距離，

pb是成排滾動體32、33的節(jié)圓直徑，

s是凸緣23的軸向外表面與軸向外部的成排滾動體32的的中心之間的軸向距離，

a是成排滾動體的32、33的中心之間的軸向距離。

由公式(1)定義的比率確定了輪轂軸承單元的總體尺寸。如果指導(dǎo)單元開發(fā)的優(yōu)先級是車輛的可駕駛性，則趨向于下限(0.4或0.5，視情況而定)的比率可能是優(yōu)選的。顯然，如果該比值低于下限，則這將減小由節(jié)圓直徑的增加所提供的強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，并且將導(dǎo)致該單元配置為具有相對于徑向延伸的大的軸向延伸。后一種情況還可能在諸如鍛造或等同程序的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生一些問題。

如果單元的設(shè)計基于減輕重量和緊湊性的要求，則較高的比率即趨向于上限4的較高比率是優(yōu)選的。超過公式(1)定義的比率的值是不合適的，以避免過大的單元尺寸并失去其優(yōu)化的益處。

有利地，要監(jiān)視的另一幾何比率由以下公式給出：

其中，除了已經(jīng)提到的符號之外，

db是滾動體的直徑，

dj是等速萬向節(jié)的球的直徑。

該比率控制單元的軸向延伸。對于一些應(yīng)用來說，如果設(shè)計優(yōu)先級是車輛的可駕駛性，則可以推薦該比率的較高值。然而，如果軸向緊湊性是設(shè)計的期望結(jié)果，則優(yōu)選較低的值。在任何情況下，不宜超過2.5的閾值，特別是如果這是由l的高值引起的，以避免等速萬向節(jié)的滾動中心相對于軸承的座圈和滾動體朝向單元的軸向內(nèi)側(cè)過遠(yuǎn)地定位。

優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查的另一幾何比率由以下公式給出：

其中，除了已經(jīng)提到的符號之外，

pj是等速萬向節(jié)的節(jié)圓直徑。

該比率與輪轂軸承單元的堅固性相關(guān)。為了最佳的負(fù)載傳輸，建議比率至少大于1，以確保輪轂20的管狀部分21的最小厚度。如果該值低于1，則這也將導(dǎo)致管狀部分21的最終形狀在成形過程方面不是最佳的。

另一方面，優(yōu)選保持低于3的上限。雖然解決方案的目的是增加單元的強(qiáng)度或剛性，但同樣重要的是控制重量，且因此控制成本。該比率的過高值將使得本解決方案在其外觀方面對于顧客不具有吸引力。

最后，待監(jiān)測的另一個比率由以下公式給出：

其中，除了已經(jīng)提到的符號之外，

pcd是用于將制動盤固定到輪轂軸承單元的軸向孔24的軸線的圓周的直徑。

對于該解決方案，比率pcd/pb也很重要。如上所述，該解決方案的關(guān)鍵方面之一是管狀或轉(zhuǎn)子狀形狀，其減小了凸緣部分的徑向延伸。如果該比率的值超過2.6，則所需的強(qiáng)度優(yōu)勢將完全喪失。另一方面，由于強(qiáng)度和重量之間的折衷幾乎總是主要設(shè)計目標(biāo)之一，如果不是唯一一個，則小于0.7的值將導(dǎo)致在所識別的解決方案中實(shí)際上不可避免的吸引力損失。

總之，該解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)之一是關(guān)于滾動體和輪轂的凸緣部分的增加的強(qiáng)度。

另一個優(yōu)點(diǎn)是更多部件的集成，對成本、對關(guān)鍵接口的移除以及因此對性能具有積極影響。移除的接口是與以下相關(guān)的接口：

a)使用單個內(nèi)圈代替常規(guī)使用的兩個內(nèi)圈：在這種情況下，不需要將一個圈壓配合到另一個圈上，或者執(zhí)行隨后的調(diào)整操作。顯然，在兩個圈之間不存在相對旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險，也不存在對徑向和軸向內(nèi)圈的塑性變形的任何需要；

b)輪轂和等速萬向節(jié)的罩之間的集成，導(dǎo)致消除了標(biāo)準(zhǔn)解決方案中存在的兩個部件之間的帶槽連接。因此，不存在由于兩個部件之間的任何間隙或者當(dāng)負(fù)載的施加方向改變時將發(fā)生的所產(chǎn)生的噪聲的問題；不需要拉削帶槽輪廓，也不需要對具有帶槽輪廓的等速萬向節(jié)進(jìn)行熱處理。此外，省去用于扭矩傳遞所需的接口消除了在關(guān)鍵應(yīng)用中可能的故障模式。最后，不需要螺栓將等速萬向節(jié)鎖定在軸承上。

考慮到為了提供足夠堅固的接口，接口的面對部件必須足夠厚，而接口的減小具有需要較少的材料存儲空間的附帶效果，而如果僅存在一個部件，則整體厚度通常較小。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于這里描述和示出的實(shí)施例，其被認(rèn)為是單元的示例；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離如所附權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對作為示例性實(shí)施例描述的元件的功能和配置進(jìn)行各種改變。