專利名稱：一種用于機動車車輪軸承單元的凸緣軸承環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機動車車輪的輪轂的輕重量，凸緣軸承環(huán)。該軸承環(huán)可以是固定環(huán)，其具有用于安裝相關(guān)輪轂軸承單元至機動車的懸掛支架的凸緣，或者可以是可旋轉(zhuǎn)環(huán)，在那里凸緣提供與車輛和/或剎車轉(zhuǎn)子的連接。
背景技術(shù)：
為了減少燃料消耗和廢氣排放的目的，為了符合日益增長的對于減輕機動車部件重量的需要。使用車輪車輛軸承，重量減少可以不導(dǎo)致任何強度和安全性的降低。滾道必須由足夠堅固的材料制成以抵抗?jié)L動接觸的應(yīng)力。傳統(tǒng)的軸承鋼仍然廣泛地使用，雖然已經(jīng)提出其它的材料，諸如陶瓷和鈦，其提供了良好的機械性能但是相比軸承鋼相當(dāng)?shù)馗嘿F。W02008/147284A1公開了由兩種不同的材料結(jié)合在一起成為一件，制成的軸承環(huán)， 也就是第一，高韌性材料，諸如形成滾道的軸承鋼以及第二輕重量材料，諸如形成環(huán)的其余部分的輕重量金屬。第二材料通過半固體鑄造工藝結(jié)合至第一材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進由兩種不同材料，也就是第一硬質(zhì)材料和第二輕重量材料制成的凸緣軸承環(huán)的兩個不同部分之間的連接。特別地，期望改進在所有溫度條件下的該連接，也就是，在高溫操作條件和冷凍條件。本發(fā)明指向用于機動車輛車輪的凸緣軸承環(huán)，其提供了軸承環(huán)性能的關(guān)鍵區(qū)域的改進。也就是本發(fā)明的軸承環(huán)提供了低重量，同時保證了所需要的高強度性能。環(huán)由兩種不同的材料結(jié)合在一起作為一件制成，并且包括徑向內(nèi)部，環(huán)形或者管狀的插件，圍繞該插件形成的徑向外主體。插件形成一個或者多個滾道以及由具有第一熱膨脹系數(shù)的硬質(zhì)材料制成。外主體設(shè)置了徑向向外延伸的凸緣并且由輕重量材料制成，輕重量材料具有比第一材料的熱膨脹系數(shù)高的第二熱膨脹系數(shù)。互鎖裝置，由插件和外主體形成，其將該兩個主體鎖定在一起以抵抗相對軸向運動?；ユi裝置在插件的外表面處包括一個或者多個徑向凹入的部分以及一個或者多個徑向凸出的部分。對應(yīng)的，互補的徑向凸出部分和徑向凹入的部分由外主體形成，因此防止了在高溫或者低溫下，外主體和內(nèi)插件之間的軸向運動。優(yōu)選地，在外主體和內(nèi)插件之間的接口處的這些配合的凸起和凹槽被成形為也防止外主體和內(nèi)插件之間的相對旋轉(zhuǎn)運動。在回顧了接下來的詳細描述、權(quán)利要求和附圖之后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的特征。


為了本發(fā)明可以被很好地理解，現(xiàn)在將參照附圖描述一些以例子給出的它的優(yōu)選實施例，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的軸承環(huán)的第一實施例的局部軸向橫截面視圖2是沿著關(guān)于圖I的軸向平面有角度的偏移的軸向平面的橫截面視圖；圖3是包括在圖I和2的軸承環(huán)中的管狀插件的軸向橫截面視圖；圖4是圖3的插件的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的軸承環(huán)的第二實施例的軸向橫截面視圖；圖6是包括在圖5的軸承環(huán)中的環(huán)形插件的軸向橫截面視圖；圖7是圖6的插件的透視圖；以及圖8至12是根據(jù)本發(fā)明的不同實施例制成的軸承環(huán)的局部的，軸向橫截面視圖。
具體實施例方式開始參照圖I至4，以附圖標(biāo)記10整體表示的是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的凸緣 軸承環(huán)。在該例子中，環(huán)10被設(shè)計用于車輛設(shè)備的雙排角接觸軸承，特別地用于安裝至相對于車輛的固定懸掛支架(未示出)要被旋轉(zhuǎn)支撐的車輛車輪(未示出)。軸承環(huán)10設(shè)置用于ー排滾動元件的滾道11，在該例子中，用于外側(cè)排的軸承球的滾道。環(huán)10包括通常環(huán)形或者管狀的徑向內(nèi)插件12以及徑向外主體13，其設(shè)置靠近插件12的外側(cè)端部的徑向向外延伸的凸緣14。凸緣14設(shè)置數(shù)個通孔24以允許通過柱塞螺栓與車輛車輪連接。雖然在圖I至圖4中示出的軸承環(huán)是徑向內(nèi)軸承環(huán)，以下說明的環(huán)結(jié)構(gòu)也可以用于其它類型的凸緣軸承環(huán)，例如具有用于安裝至車輛的懸掛支架的徑向凸緣的固定的徑向外軸承環(huán)，或者可旋轉(zhuǎn)的，徑向外軸承環(huán)，其將要被固定至車輪。貫穿本說明書和權(quán)利要求，指示位置和方向的術(shù)語和表示，諸如“徑向”和“軸向”被理解為參照軸承的旋轉(zhuǎn)軸X。表示，諸如“內(nèi)側(cè)”和“外側(cè)”代替參照當(dāng)安裝在車輛上時的條件。徑向內(nèi)插件12由具有第一、較低容積熱膨脹系數(shù)的第一、硬質(zhì)材料制成，而徑向外主體13由第二、輕重量材料制成，該第二、輕重量材料具有比制成插件12的第一材料的容積熱膨脹系數(shù)高的第二、容積熱膨脹系數(shù)。由于插件12形成了一個或者多個滾道，適合用于插件的硬質(zhì)和堅固的材料例如是軸承等級鋼。作為替代，可以使用低碳鋼或者陶瓷。作為用于外主體13的輕重量材料，優(yōu)選輕重量材料，諸如鋁，鎂，或者其合金。用于外主體的其它適合的材料可以包括，但是不限于碳復(fù)合物或者加強聚合物。插件12被加工以使得在它的徑向外表面形成徑向凸起的和圓周延伸的起伏部(relief) 15,以及徑向凹入的、圓周延伸的凹槽16。該起伏部通過如下事實得以限定，從它的中心部分開始，總是可以在左側(cè)和右側(cè)兩者上發(fā)現(xiàn)至少ー個閉合的間隙(closeinterval)，在那里的直徑小于中心部分。凹槽通過如下事實得以限定，從它的中心部分開始總是可以在左側(cè)和右側(cè)兩者上發(fā)現(xiàn)至少ー個閉合的間隙(close interval)，在那里直徑大于中心部分。在優(yōu)選的實施例中，起伏部15和凹槽16關(guān)于插件的外表面圓周地連續(xù)地延伸。如在下面更好地解釋的，起伏部15作為第一舌狀件和凹槽連接裝置中的舌狀件，用于防止插件12和外主體13之間的相對軸向運動，尤其在第一溫度范圍上吋。凹槽16是第ニ舌狀件和凹槽連接裝置的部分，用于防止在與第一范圍相鄰或者部分重疊的第二溫度范圍上時插件12和外主體13之間的相對軸向運動。在某些程度，取決于凹槽的橫截面形狀，這也防止了插件和外主體之間的徑向運動。優(yōu)選地，外主體13通過半固態(tài)鑄造エ藝形成和連接至插件12，半固態(tài)鑄造エ藝接近網(wǎng)形エ藝，其中外主體的金屬在它的液態(tài)和固態(tài)之間的溫度處得以成形。半固態(tài)鑄造エ藝相對于諸如高壓壓カ鋳造的熔化金屬エ藝的優(yōu)點在于外主體獲得更致密的、無支狀晶體的微結(jié)構(gòu)，其提供了軸承設(shè)備所需的強度和破裂延遲的抵抗。半固態(tài)鑄造エ藝還允許外主體精確地獲得所需的形狀，也在那些例子中，在插件12和外主體13之間的接合處的表面具有特別復(fù)雜的形狀，例如如果提供下部切割。在圖1-2的例子中，凸緣環(huán)10在它的外側(cè)側(cè)面具有軸向管狀延伸17，公知為套管(spigot)，其便于對中車輛車輪。軸向管狀延伸17包括管狀芯部分17a，其是管狀覆蓋部分17b以及插件12的一部分，管狀覆蓋部分17b完全覆蓋芯部分17a并且是外主體13的一部分。車輪安裝凸緣14和套管17的外表面可以被成形為具有保證足夠的剛性的必需的幾何形狀。并且，在車輪安裝凸緣14中的孔24可以在半固態(tài)鑄造エ藝期間通過圍繞適合定位的螺紋螺母或者柱塞螺栓成形凸緣14的半固態(tài)金屬被設(shè)置。流變鑄造エ藝是優(yōu)選的半固態(tài)鑄造エ藝的ー個例子。使用鋁作為用于外主體13的輕重量金屬的例子，流變鑄造初始地涉及把鋁變?yōu)槿廴趹B(tài)(液態(tài))。熔融的鋁接著在固化 期間被允許冷卻并且攪拌以獲得半固態(tài)漿料。冷卻步驟可以涉及增加鋁的固態(tài)粒子至熔融材料，以及為了增強效率，固態(tài)粒子可以經(jīng)由攪拌機構(gòu)添加。熱焓的交換發(fā)生在液態(tài)鋁和固態(tài)粒子之間，其便于漿料的成形且可以分配來自于外部冷卻的需要。借助于限定了車輪安裝凸緣14需要的形狀的適合的模具，半固態(tài)鋁漿料被接著注射模制至內(nèi)插件12。如已經(jīng)指示的，雖然優(yōu)選地通過半固態(tài)鑄造エ藝成形外主體13，可是在本發(fā)明的最寬方面不限于且包括燒結(jié)或者鋳造，壓カ鑄造或者其它的關(guān)于內(nèi)插件12成形外主體的可能性。當(dāng)外主體的第二材料冷卻且固化，它收縮?；镜?，收縮沿著徑向向內(nèi)的方向，向著軸承單元的旋轉(zhuǎn)中心軸X發(fā)生。因此，外主體13的半固態(tài)金屬圍繞插件的起伏部15收縮并且成形凹槽18，其緊緊地復(fù)制了該起伏部的形狀，以使得互鎖外主體和插件在一起，且特別地防止了外主體和插件之間的任何相對軸向運動。該互鎖動作在低溫度和中等溫度完全有效。要指出的是，在冷卻之后，填充凹槽16并形成對應(yīng)的起伏部19的半固態(tài)金屬會傾向于遠離凹槽的壁收縮。在低溫度或中等溫度使用車輪軸承期間，該收縮會導(dǎo)致外主體的最終起伏部19某種程度地與容納它的凹槽16的壁分離。在這些溫度處，在外主體和插件之間的相對運動通過第一舌狀件和凹槽連接裝置15，18得以防止。由于靠近剎車，在苛刻的操作條件下，由于溫度，在尺寸上的相當(dāng)大的變化是可預(yù)料的到的。在這種情況發(fā)生吋，外主體13會比插件12膨脹得更多。結(jié)果，凹槽18會傾向于從起伏部15分離。然而，起伏部或者舌狀件19會比它位于其中的凹槽16更為膨脹，因此帶走了在外主體和插件之間的任何可能的軸向游隙。第二舌狀件和凹槽連接裝置16，19可以采取多個不同形狀。在更少的優(yōu)選實施例中(未示出)，凹槽16沿著軸向平面具有矩形橫截面。在優(yōu)選的實施例中，凹槽16形成下部切割部(undercut)20,以為了提供更高程度的沿著垂直于旋轉(zhuǎn)軸x的方向抵抗外主體和內(nèi)插件之間的相對運動的互鎖。應(yīng)該理解的是，在有效地覆蓋車輪軸承在使用中可能遇到的溫度的整個范圍中，兩個不同的舌狀件和凹槽連接裝置給出的結(jié)合動作是互補的。在特別優(yōu)選的實施例中，為了防止外主體13和內(nèi)插件12之間的相對旋轉(zhuǎn)運動，在外主體和內(nèi)插件之間的接合處的配合表面的一部分被制作以使得沿著垂直于旋轉(zhuǎn)軸X的方向的橫截面是非圓柱形的。在圖1-4的例子中，成形在插件外表面上的起伏部15采取拱頂(CTown)的形狀，具有圍繞插件圓周間隔開的數(shù)個徑向凸起凸出部21，以使得在外主體中形成對應(yīng)的或者互補的徑向凹槽，并且因此鎖定外主體與插件以抵抗相對旋轉(zhuǎn)運動。在圖4示出的實施例中，下部切割部20被成形在每個凸出部21的一側(cè)或者兩側(cè)上。作為可替換或者除了那些下部切割部以外，進一步的下部切割部(未示出)可以被形成在起伏部15結(jié)合套管的管狀芯部分17a的位置處。在另一個實施例中(未示出)，在外主體和內(nèi)插件之間的接合處的非圓柱配合表面采用多邊形。在圖5至圖7所示的實施例中，徑向凹槽或者凹口 22形成在環(huán)形起伏部15中，以使得外主體會被成形為具有互補的凸出部23 (圖5)?？剐D(zhuǎn)成形的幾個等同的改進對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。例如，在可替換的實施例中，圓周間隔開的徑向凹口可以成形在凹槽16中。圖5-7的實施例涉及一個例子，其中凸緣軸承環(huán)是固定的，徑向外環(huán)，其形成了用于意在可旋轉(zhuǎn)地支撐軸的錐形滾動元件的一對滾道11。外主體13設(shè)置用于安裝至懸掛支架的凸緣14 (未示出)。在數(shù)個設(shè)計中，車輪軸承單元可以根據(jù)本發(fā)明實施。例如，插件的孔可以作為用于 恒速接頭的滾動元件的外滾道，并且該單元可以包括一體的CV接頭。并且，軸承單元可以是單排或者雙排角接觸軸承，其中滾動元件是球、滾柱，扁平球等。同時，當(dāng)單元是雙排軸承時，用于第一和第二排滾動元件的滾道可以是直徑相等或者可以是直徑不同的。在圖8至12中，示例性地描述了進一步的實施例。圖8示出了在鈍角處具有兩個相對錐形表面的凹槽16的例子，S卩，向著彼此逐漸變細。在圖9的實施例中，凹槽16具有沿著相同方向變細的兩個錐形表面。這兩個錐形表面幾乎平行或者成銳角且它們的其中一個形成下部切割部20。在圖10的實施例中，凹槽16具有圓錐表面和成銳角的徑向表面。在圖11的實施例中，凹槽16具有沿著相對方向變細的兩個圓錐表面，提供了兩個下部切割部20。借助于該形狀，凹槽16和起伏部19被成形為楔形接頭。在圖12的實施例中，起伏部15，19和配合凹槽16，18都被成形為楔形接頭。一些說明的實施例已經(jīng)在前述的發(fā)明內(nèi)容和具體實施例中公開，應(yīng)該理解的是還存在大量的變化。還應(yīng)該理解的是說明性實施例僅僅是例子，并不意在以任何方式限制范圍，應(yīng)用或者配置。相反，前述的發(fā)明內(nèi)容和具體實施例會給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供便利的路徑地圖用于實施該發(fā)明，應(yīng)該被理解各種變化可以在示例的實施例說明的元件的功能和布置結(jié)構(gòu)中進行而不偏離在附隨的權(quán)利要求和它們的法律等同物中限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于機動車輛車輪的凸緣軸承環(huán)，其中所述環(huán)(10)由兩種不同的材料結(jié)合在一起作為一件制成，所述環(huán)包括 徑向內(nèi)部、環(huán)形或者管狀的插件(12)，其形成圍繞旋轉(zhuǎn)中心軸(X)的至少一個滾道(11)，提供了徑向外表面以及由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料制成； 徑向外主體(13)，其圍繞所述插件(12)形成徑向向外延伸的凸緣(14)并且由第二材料制成，第二材料比第一材料輕且具有比所述第一材料的熱膨脹系數(shù)高的第二熱膨脹系數(shù)； 互鎖裝置，其由所述插件(12)和所述外主體(13)形成，將它們鎖定在一起以抵抗相對軸向運動，所述互鎖裝置在所述插件的外表面處包括至少一個徑向凹入部分(16)以及至少一個徑向凸出部分(15)，以及由所述外主體(13)形成的對應(yīng)的、互補的徑向凸出部分(19)和徑向凹入部分(18)，以為了防止所述外主體(13)和所述內(nèi)插件(12)之間的軸向運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軸承環(huán)，其中形成在所述插件(12)中的所述凹入部分(16)設(shè)置下部切割部(20)以使得防止所述外主體(13)和所述內(nèi)插件(12)之間沿著垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸(X)的方向的相對運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的軸承環(huán)，其中形成在所述插件(12)中的所述凸出部分(15)設(shè)置下部切割部(20)以使得防止所述外主體(13)和所述內(nèi)插件(12)之間沿著垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸(X)的方向的相對運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的軸承環(huán)，其中由所述內(nèi)插件(12)成形的所述凸出部分(15)和/或所述凹入部分(16)被成形為楔形接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述凸出部分(15)和所述凹入部分(16)的其中一個或者兩個關(guān)于所述插件(12)的所述外表面圓周地連續(xù)延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中在所述外主體(13)和所述內(nèi)插件(12)之間的接合處的配合表面的至少一部分被制作以使得沿著垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸(X)的方向的橫截面是非圓柱形的，以為了防止所述外主體和所述內(nèi)插件之間的相對旋轉(zhuǎn)運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸承環(huán)，其中所述配合表面包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸(X)圓周間隔開的多個徑向的凸起凸出部(21，23)以及對應(yīng)形狀的凹槽(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸承環(huán)，其中所述徑向凸出部形成在所述插件(12)的舌狀件(15)上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述第一材料是軸承等級鋼、低碳鋼以及陶瓷材料的其中之一。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述第二材料包括輕重量金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承環(huán)，其中所述輕重量金屬是鋁，鎂或者它們的合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的軸承環(huán)，其中所述徑向外主體(13)由輕重量材料形成，其通過半固態(tài)鑄造工藝與所述插件(12)結(jié)合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承環(huán)，其中所述半固態(tài)鑄造工藝是觸融成形工藝，觸融壓鑄工藝，觸融鍛造工藝，觸融結(jié)合工藝，流變成形工藝，流變鑄造工藝，流變鍛造工藝或者流變結(jié)合工藝其中之一。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述徑向向外延伸的凸緣從所述環(huán)的外側(cè)或者軸向外端部分延伸且設(shè)置有允許與車輛的懸掛連接的連接裝置。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述插件(12)的所述至少一個徑向凸出部分(15 )包括圓周延伸的起伏部(15 )以及由所述外主體(13 )形成的所述徑向凹入部分(18)包括與所述起伏部(15)互補的圓周延伸的凹槽(18)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的軸承環(huán)，其中所述插件(12)的所述至少一個徑向凹入部分(16)包括圓周延伸的凹槽(16)以及由所述外主體(13)形成的所述徑向凸出部分(19)包括與所述凹槽(16)互補的圓周延伸的起伏部(19)。
全文摘要
一種由兩種不同材料結(jié)合在一起作為一件制成的凸緣軸承環(huán)(10)，也就是徑向的內(nèi)環(huán)形插件(12)和圍繞插件(12)成形的凸緣的徑向地外輕重量的主體(13)。插件(12)形成一個或者多個滾道(11)并且由硬質(zhì)材料制成，諸如軸承鋼。外主體(13)由輕重量材料制成，諸如鋁合金，具有比制成插件(12)的硬質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)更高的熱膨脹系數(shù)。由插件(12)形成的起伏部(15)延伸進入外主體(13)的溝槽(18)。由外主體(13)形成的另一個起伏部(19)延伸進入插件(12)的進一步的溝槽(16)。這些起伏部和溝槽將插件(12)和外主體(13)互鎖在一起抵抗所有溫度條件下的相對運動。
文檔編號F16C19/18GK102834629SQ201080066182
公開日2012年12月19日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者P.雷, C.維瑟斯 申請人:Skf公司