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CN111188830B - 用于摆碾成形操作的有凸缘的内圈 - Google Patents

用于摆碾成形操作的有凸缘的内圈 Download PDF

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CN111188830B CN201911107226.0A CN201911107226A CN111188830B CN 111188830 B CN111188830 B CN 111188830B CN 201911107226 A CN201911107226 A CN 201911107226A CN 111188830 B CN111188830 B CN 111188830B
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Abstract

一种滚动轴承(30)的有凸缘的内圈(20)，滚动轴承(30)形成用于机动车辆的车轮轮毂组件的一部分，有凸缘的内圈(20)具有卷边(25)，该卷边(25)被构造为在通过摆碾成形而被塑性变形之后在轴向上对滚动轴承(30)的径向内圈(34)进行预紧，其中，卷边(25)具有沿着有凸缘的内圈(20)的对称轴线(X)尺寸可变的直径，特别地，卷边(25)的尺寸在远离径向内圈(34)的方向上沿着轴线(X)增大；卷边(25)具有外预紧表面(27)，在卷边(25)的最终变形构造中外预紧表面(27)配置为抵靠径向内圈(34)，并且在卷边(25)的未变形构造中外预紧表面(27)相对于轴线(X)倾斜。

Description

用于摆碾成形操作的有凸缘的内圈
技术领域
本发明涉及形成车轮轮毂组件的一部分并且被优化以改善摆碾成形操作(orbital forming operation)的滚动轴承的有凸缘(flanged)的内圈。
本发明特别地但非排他性地适用于机动车辆的车轮轮毂组件，所述车轮轮毂组件设置有滚动轴承。这些应用既包括轴承的外圈旋转而轴承的内圈固定的情况，也包括内圈旋转而外圈固定的相反情况。本发明还适用于任何类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
背景技术
参照图1，示出了根据现有技术的车轮轮毂组件1。在车轮轮毂组件1的各种应用中，轮毂2具有对称轴线X并且包括与轴线X同轴的圆柱体3以及与圆柱体成一体的凸缘部分4，该凸缘部分4横切于轴线X并且在轴向上位于外侧，用于将车轮轮毂1连接到车辆车轮。轮毂2形成轴承单元的旋转元件中的一个，并且被构造为还承担轴承的内滚动圈的功能。出于这些原因，这种轮毂2也被称为有凸缘的内圈，并且在本说明书的过程中，这种轮毂2将以这两种方式中的任何一种来表示。
通常，车轮轮毂组件1设置有轴承单元，轴承单元具有两列滚动体5、6，两列滚动体5、6沿着外圈7的相应滚道7'并且沿着内圈的相应滚道2'、8'滚动，外圈7在大多数情况下是固定的，内圈在大多数情况下是旋转的。
如上所述，轮毂2在轴向外侧位置处承担内圈的功能，而与轮毂2分离的第二内圈8安装在同一轮毂2上，特别是安装在同一轮毂2的径向外表面上2”。
轮毂2在其轴向内端处具有卷边9，卷边9在通过塑性加工操作(称为摆碾成形/轨道成形(orbital forming))而变形之后被构造为在轴向上封闭轴承单元并且在轴向上对内圈8进行预紧(/预加载)(preload)。卷边9以实线示出其未变形构造并且以虚线示出其变形后构造，在未变形构造中卷边9绕着轴线X布置并且与轴线X同轴，在变形后构造中卷边9配置为在轴向上抵靠内圈8。
摆碾成形操作通过在图1中示意性地示出且整体上由附图标记100表示的工具来执行，工具100具有圆柱体101、具有按压表面103的环形按压部分102，按压表面103跟随绕着轴线X的圆形路径，使卷边9从未变形构造逐渐变形为变形后构造。
一旦已经完成摆碾成形操作，内圈8的径向外径DK的尺寸正好由于所述机加工操作而显著地增大。实际上，为了获得所需的边缘的变形以及随之发生的对内圈8的预紧(/预加载)，按压工具必须在轮毂或有凸缘的内圈的卷边9上施加很高的载荷，这自然会对内圈8的张紧状态和变形产生两者影响，并且对内圈8的直径DK的尺寸产生影响，因此内圈8的直径DK的尺寸倾向于增大。
因此，需要设计一种车轮轮毂组件的有凸缘的内圈，用于执行摆碾成形，而不具有上述缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有凸缘的内圈，其不仅能够减小车轮轮毂组件的轴承单元的小内圈的变形(所述变形是由在所述有凸缘的内圈的卷边上进行的摆碾成形工艺引起的)，而且还能够改善一旦摆碾成形已经结束就作用在小内圈上的轴向预紧(/预加载)。
因此，根据本发明，描述一种车轮轮毂组件的有凸缘的圈，所述有凸缘的圈设置有针对摆碾成形操作优化的卷边，所述卷边被构造为在通过摆碾而被塑性变形之后在轴向上对所述滚动轴承的径向内圈进行预紧，其中，所述卷边具有沿着所述有凸缘的内圈的对称轴线尺寸可变的直径，所述卷边具有外预紧表面，在所述卷边的最终变形构造中所述外预紧表面配置为抵靠径向内圈，并且在所述卷边的未变形构造中所述外预紧表面相对于所述对称轴线倾斜。
此外，所述外预紧表面在轴向上与用于安装所述径向内圈的径向外表面对齐，并且经由连接表面连接到所述径向外表面，所述外预紧表面至少沿着所述连接表面具有在尺寸方面小于所述径向外表面的直径的直径。
此外，所述外预紧表面是圆锥形表面，并且所述卷边的径向厚度在远离所述径向内圈的方向上沿着所述对称轴线逐渐变厚。
此外，所述卷边的尺寸在远离所述径向内圈的方向上沿着所述对称轴线增大。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，附图示出了本发明的实施方式的多个非限制性示例，其中：
-图1示出了根据现有技术的在有凸缘的内圈的摆碾成形的操作期间的局部轴向对称截面图；
-图2示出了根据本发明的实施方式的在摆碾成形操作的执行之前的组装后的车轮轮毂组件的局部轴向对称截面图；以及
-图3是根据图1的车轮轮毂组件的细节的放大图。
具体实施方式
现在参照图2，根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂组件总体上由附图标记10表示。该图示出了构造示例的细节。如在引入中所述，本发明不仅适用于以下描述的构造，而且更普遍地适用于机动车辆的任何车轮轮毂组件。
组件10包括轮毂20和轴承单元30，优选但非必须的，轮毂20是可旋转的。轮毂20被构造为还承担轴承30的内滚动圈的功能，并且出于该原因，轮毂20也被称为有凸缘的内圈。
在整个本说明书和权利要求书中，诸如“径向”和“轴向”的表示位置和方位的术语和表述应被理解为参照轴承单元30的旋转中心轴线X。而诸如“轴向外侧(/轴向外部)”和“轴向内侧(/轴向内部)”的表述指的是组装后的状况，并且在特定情况下，“轴向外侧”和“轴向内侧”优选地分别指的是车轮侧以及车轮侧的相对侧(/相反侧)。
轴承单元30包括：
-径向外圈31，优选但非必须地，径向外圈31是固定的并且设置有相应的滚道31'；
-径向内圈，如上所述，径向内圈对应于轮毂20；以及
-另一径向内圈34，在轴向上靠近形成在所述轮毂20中的肩部22处安装在轮毂20的圆柱形径向外表面21上，并且在该肩部的相对侧由横切于轴线X的外环形表面34”界定。
轮毂20和径向内圈34均是可旋转的，并且设置有相应的滚道20'、34'，用于与滚道31'一起容纳形成轴承30的一部分的两列滚动体32、33(在此示例中为球)。轴向外侧列的滚动体32配置在径向外圈31与具有径向内圈功能的轮毂20之间，而轴向内侧列的滚动体33配置在径向外圈31与径向内圈34之间。为了更易于说明，将使用附图标记32、33来标识单个球和成列的球这两者。再次为简单起见，在本说明书和附图中可以通过示例的方式使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”(并且同样，也将使用相同的附图标记)。仍将理解的是，可以使用任何其他滚动体(例如，滚子、圆锥滚子、滚针等)来代替球。
轮毂20包括：
-轴向外侧凸缘部分23，设置有多个固定孔24，用于对应数量的固定元件24'(图中未示出)，例如双头螺栓(/柱头螺栓)(stud bolt)，该固定元件24'以已知的方式将轮毂20连接到机动车辆的车轮；以及
-管状部分25，在轴向上位于凸缘部分23的相对侧上，在图2和图3中示出了管状部分25处于其未变形构造，其中，管状部分25绕着轴线X延伸并且与轴线X同轴，大体上至少从径向内圈34的外环形表面34”突出；管状部分25也可以被称为卷边(rolling edge)，管状部分25被设计为通过塑性加工操作(称为摆碾成形(/轨道成形)(orbital forming))而被轧制(/滾轧)(rolled)成其变形后构造(类似于上述的卷边9的变形后构造)，在轴向上抵靠径向内圈34，使得在轴向上封闭轴承单元30，将所述径向内圈34锁定抵靠于肩部22，并且向径向内圈34施加给定大小的轴向预紧(/轴向预紧力/轴向预载荷)(axial preload)。
如图3中更清楚地示出的，根据本发明的优选实施方式并且为了实现本发明的预定目的，即，使由于在轧制期间由管状部分25引起的变形而导致的径向内圈34的外径DK增大得更少并且有更小的轧制力，已经对管状部分25进行了优化。
管状部分25在径向内侧由与轴线X同轴的圆柱形表面26界定，并且在径向外侧由预紧表面(/预加载表面/预载荷表面)(preloading surface)27界定，预紧表面27与径向外表面21在轴向上对齐(/对准)并且经由向外凸出且弯曲的连接表面28连接到径向外表面21，并且管状部分25至少沿着连接表面28具有尺寸小于径向外表面21的直径的直径。预紧表面27具有沿着轴线X可变的直径，特别地，预紧表面27是圆锥形表面，预紧表面27的直径的尺寸在远离内圈34的方向上沿着轴线X增大，即其锥度在连接表面28的出口端处变宽，导致所述管状部分25的径向厚度逐渐增大。预紧表面27和圆柱形表面26两者在轴承30的相对侧由环形连接表面29在轴向上界定，环形连接表面29横切于轴线X并且朝向预紧表面27成倒角并且连接到圆柱形表面26。
表面27的锥度(conicity)的主要优点是：管状部分25可以从具有较小径向厚度的部分(即，基本上沿着连接表面28定位并且在成形工具100的推力下首先倾向于变形的部分)开始变形，然后随着管状部分25被压缩抵靠内圈34，变形逐渐朝向具有较大径向厚度的部分行进；如此，沿着成形工具100的轴线X的轴向推力实质上可以分为两个分量：
-垂直于轴线X的直接径向分量Cr和
-沿着轴线X指向的轴向分量Ca。
分量Cr和Ca两者均受管状部分25的创新构造影响；由于这种构造，可以同时将径向分量Cr减小到最小，以利用轴向分量Ca的优势，特别是在摆碾成形操作结束时；并且控制轴向分量Ca在管状部分25上的作用，有利于管状部分25的变形并且控制径向内圈34的变形。
由于通过管状部分25的创新形式可以使得减小径向分量Cr并且精确控制轴向分量Ca，因此可以校准成形工具100的作用，使得在塑性摆碾成形操作结束时仅具有轴向分量Ca，而径向分量Cr几乎为零，因此消除对内圈34的径向外径DK的尺寸的任何负面影响。实际上，由于其圆锥形式，在摆碾成形工艺期间，管状部分25的变形将从具有较小径向尺寸的部分(即，内圈34附近的部分)开始，并且逐渐到达具有较大径向厚度的部分。这有利于材料从管状部分25的未变形位置流动到最终变形后构造，此外，允许将要分布在内圈34上的轴向预紧(/预加载/预载荷)推力从存在较多材料的区域到存在较少材料的区域，以进行变形。
上述所有的尺寸优化和修改使得管状部分25具有较大的可变形性，并具有上述所有优点。
如上所述，除了本发明的实施方式之外，应当理解，许多其他变形是可能的。还必须理解，所述实施方式仅是示例，并不限制本发明的主题、本发明的应用或本发明的可能的构造。相反，尽管以上提供的描述使本领域技术人员至少可以以本发明的构造示例中的一个来实施本发明，但是必须理解，在不脱离如所附权利要求书限定的、在字面上和/和根据其合法等同物解释的本发明的范围的情况下，可以想象所描述组件的多种变型。

Claims (4)

1.一种滚动轴承(30)的有凸缘的内圈(20)，所述滚动轴承(30)形成用于机动车辆的车轮轮毂组件的一部分，所述有凸缘的内圈(20)包括卷边(25)，所述卷边(25)被构造为在通过摆碾而被塑性变形之后在轴向上对所述滚动轴承(30)的径向内圈(34)进行预紧，其中，所述卷边(25)具有沿着所述有凸缘的内圈(20)的对称轴线(X)尺寸可变的直径，所述有凸缘的内圈(20)的特征在于，所述卷边(25)具有外预紧表面(27)，在所述卷边(25)的最终变形构造中所述外预紧表面(27)配置为抵靠径向内圈(34)，并且在所述卷边(25)的未变形构造中所述外预紧表面(27)相对于所述对称轴线(X)倾斜。
2.根据权利要求1所述的有凸缘的内圈，其特征在于，所述外预紧表面(27)在轴向上与用于安装所述径向内圈(34)的径向外表面(21)对齐，并且经由连接表面(28)连接到所述径向外表面(21)，所述外预紧表面(27)至少沿着所述连接表面具有在尺寸方面小于所述径向外表面(21)的直径的直径。
3.根据权利要求2所述的有凸缘的内圈，其特征在于，所述外预紧表面(27)是圆锥形表面，并且所述卷边(25)的径向厚度在远离所述径向内圈(34)的方向上沿着所述对称轴线(X)逐渐变厚。
4.根据权利要求1所述的有凸缘的内圈，其特征在于，所述卷边(25)的尺寸在远离所述径向内圈(34)的方向上沿着所述对称轴线(X)增大。
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