具有优化滚道的车轮轮毂组件的制作方法

1.本发明涉及设置有轴承单元的车轮轮毂组件(/轮毂组件)(wheel hub assembly)，轴承单元进而包括一对滚动轴承，用于可旋转地支撑安装在悬架系统上的车辆车轮。特别地，本发明涉及一种轴承单元，该轴承单元设计有特定滚道，使得车轮轮毂组件可以以低的由于摩擦引起的损耗和最佳性能运行(/工作/操作)。
2.该方案可以应用于所有代的车轮轮毂组件。特别地，这种应用包括轴承的外圈是可旋转而轴承的内圈固定的情况以及内圈旋转而外圈固定的相反情况。


背景技术：

3.设置有用于将车辆的车轮可旋转地支撑在悬架(/悬挂)(suspension)系统上的轴承单元的车轮轮毂组件是已知且常用的。轴承单元通常包括一对滚动轴承，但显然还已知可以应用本发明的轴承单元的不同构造。
4.根据现有技术，车轮轮毂组件包括设置有凸缘的可旋转轮毂，凸缘用于接合机动车辆的旋转元件(例如，车轮或制动元件的盘)，而轴承单元包括外圈、一对内圈(其中一个内圈可以是车轮轮毂自身)和多个滚动体(例如，球)。所有这些组件相对于旋转元件(例如，车轮轮毂和轴承单元的内圈)的旋转轴线具有轴向对称性。
5.此外，由于日益激烈的全球竞争，客户(即，机动车辆制造商)不断需要对车轮轮毂组件进行持续(/不断)的技术或关于成本(cost-related)的改进。特别地，对于相同的应用并且因此对于相同的施加载荷和可用体积，不断需要减少由于整个组件的摩擦引起的损耗(/损失)。更特别地，需要非常低的摩擦水平(/摩擦等级)以减少燃料消耗和co2排放。此外，由于传动系统的总损耗特别小，因此对于混合动力车辆或完全电动车辆而言，为了增加在必须对电池再充电/启动内燃机之前仅使用电池可以行驶的公里数方面增加自主性(autonomy)，车轮轮毂组件的低摩擦需求变得更重要。
6.用于减少由于摩擦引起的损耗的一种解决方案是优化轴承单元的密封装置，例如，通过减少接触唇的数量和/或使用迷宫式密封件。除了密封装置之外，还可以调节轴承单元的摩擦学参数(tribological parameter)：密切度(osculation)(即，滚道的曲率半径与球的直径之间的比值)；接触角(将滚道与球之间的按压接触中心连接(joining)在一起的直线与轴承单元的径向方向形成的角)；圈中的球的数量和直径；以及还对球与滚道之间交换的摩擦力的量有影响的其他参数。迄今为止，已经尝试通过采用完全不对称的两列(内列和外列)滚动体的设计，使用不同的节圆直径、球的直径、接触角和密切度值来尽可能优化车轮轮毂组件的当前架构。
7.然而，这些参数的优化并不简单，因为上述参数通常是低摩擦阻力与高负载能力和高刚度之间的折衷。换句话说，摩擦阻力的优化不利于轴承的负载能力，并因此不利于其工作寿命(/使用寿命)。
8.因此，有必要限定一种不具有上述缺点或者至少能够在很大程度上减轻(/减弱)上述缺点的用于车轮轮毂组件的轴承单元的原始设计方案。


技术实现要素：

9.为了实质上解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种用于车轮轮毂组件(wheel hub assembly)的轴承单元，所述轴承单元具有内部构造(internal architecture)，所述内部构造由两列具有四个角接触点的球形滚动体组成，其中，至少一个滚道(但优选全部四个滚道)基本上具有两个接触角。特别地，滚道包括具有“小”接触角的第一滚道部，滚动体在驱动状况下沿着笔直部分(/直段)(straight section)或绕着弯曲部(bend)在第一滚道部上滚动，其中，弯曲部具有宽的曲率半径。因此，借助于小的接触角，可以降低摩擦水平。滚道还包括具有“高”接触角的第二滚道部，滚动体在驱动状况下沿着第二滚道部绕着弯曲部行进，其中，弯曲部具有小的曲率半径，在这些状况下确保轴承单元的刚度和磨损性(/耐用性)。
10.因此，两个滚道部以两个不同的接触角与对应的滚动体相切。两个滚道部将具有不同的曲率中心，不同的曲率中心之间具有轴向偏移(/偏差)(offset)和径向偏移。
11.有利的是，两个滚道部可以各自具有不同的密切度(osculation)(因此具有不同的相对于球直径的比值)，以进一步改善第一滚道部(即，具有小接触角的第一滚道部)的低摩擦性质以及第二滚道部(即，具有较大接触角的第二滚道部)的高刚度和磨损性质。
12.因此，根据本发明，提供了一种用于车轮轮毂组件的轴承单元，所述轴承单元具有在附于本说明书的独立权利要求中示出的特征。
13.本发明的其他优选和/或特别有利的实施方式根据所附从属权利要求中指示的性能特征来描述。
14.根据本发明的另一方面，提供一种车轮轮毂组件，所述车轮轮毂组件设置有如附于本说明书的权利要求书中限定的轴承单元。
附图说明
15.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非限制性示例，在附图中：
16.图1是根据本发明的一个实施方式的设置有轴承单元的车轮轮毂组件的截面图；
17.图2是根据图1的轴承单元的较大比例的细节；
18.图3是根据本发明的一个方面的划分成两个滚道部的滚道和相应滚动体的进一步放大比例的细节；以及
19.图4是以再进一步放大的比例示出两个滚道部的不同中心的细节。
具体实施方式
20.通过非限制性示例的方式，现在将参照设置有轴承单元的用于机动车辆的车轮轮毂组件(/轮毂组件)(wheel hub assembly)来描述本发明。
21.参照图1，10表示根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂组件整体。附图示出了构造的示例的细节。
22.车轮轮毂组件10具有中心旋转轴线x并且包括车轮轮毂20，车轮轮毂20优选但不必须可旋转，为了简化起见，车轮轮毂20在图1中示出为单个元件，但根据本发明，车轮轮毂20包括至少两个分开且刚性地连接在一起的元件，下面提供其更详细的描述。车轮轮毂组
件10还包括轴承单元30，轴承单元30又包括：
23.径向外圈31，优选但不必须是静止的(/固定的)(stationary)；
24.径向内圈20，优选但不必须是可旋转的并且由轮毂20限定；
25.另一径向内圈34，优选但不必须可旋转地安装在轮毂20上并与轮毂20成为一体；
26.两列滚动体32、33，在该示例中为球，介于径向外圈31与径向内圈20和34之间；以及
27.两个保持架39、40，用于容纳成列的滚动体32、33中的滚动体并将其保持就位。
28.在本说明书的整体和权利要求书中，指示位置和定向(/取向)的术语和表述(诸如，“径向”和“轴向”)被理解为参照轴承单元30的中心旋转轴线x。相反，诸如“轴向外部(/轴向外)”和“轴向内部(/轴向内)”的表述涉及车轮轮毂组件的组装状态，并且在所讨论的情况下，优选分别涉及车轮侧和与车轮侧相对的一侧。
29.径向外圈31设置有两个径向外滚道，即分别为轴向外部的第一滚道31o和轴向内部的第二滚道31i。径向内圈20、34分别设置有径向内滚道，即轴向外部的第一滚道20o和轴向内部的第二滚道34i。滚道允许(/使得)介于径向外圈31与轮毂20之间的轴向外部的成列的滚动体32以及位于径向外圈31与径向内圈34之间的轴向内部的成列的滚动体33滚动。为了使图形表示更简单，附图标记32、33将被归属于单个球和成列的球两者。再次为了简化起见，在本说明书和附图中可以以示例的方式使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”(同样地，将使用相同的附图标记)。
30.车轮轮毂20在其轴向内端部(axially inner end)处限定带凸缘的边缘(/凸缘边缘)(flanged edge)24，带凸缘的边缘24被构造为在轴向上向内圈34预加应力(prestress)。此外，车轮轮毂20具有轴向外凸缘部25。凸缘部具有多个轴向固定孔25'。这些孔是用于相应的固定部件(例如，双头螺栓，附图中未示出)的座(/座部)(seat)，该固定部件以已知的方式将机动车辆车轮的一部分(例如，非驱动轮或制动盘(本身也是已知的，且附图中未示出))连接到车轮轮毂20。优选地，轮毂20具有轴向外圆柱形部26，轴向外圆柱形部26用作机动车辆车轮的一部分的定心部件。
31.车轮轮毂组件10还可以设置有用于将轴承单元相对于外部环境密封的密封装置50。
32.参照图2，下面限定了在描述过程中可能会考虑到的几何参数。
33.节圆直径(pitch diameter)：
34.考虑到滚动体(下面称为“球”)与两个滚道(径向内滚道和径向外滚道)具有相同的间隙(clearance)，节圆直径由滚动体的中心的直径构成。图2中的细节示出了轴向外部的节圆直径dpo和轴向内部的节圆直径dpi。这些直径的值也可以彼此不同。
35.球的数量和外径：
36.针对相同的节圆直径，这两个参数显然将彼此相关：随着球的数量的增加，它们的直径将减小，反之亦然。图2的细节示出了轴向外部成列的球(/轴向外部的球列)32中的球的外径dso和轴向内部成列的球(/轴向内部的球列)33中的球的外径dsi。这些直径的值也可以彼此不同。下面的标记nso将用于表示轴向外部成列的球32中的球的数量，并且nsi将表示轴向内部的成列的球33中的球的数量；
37.密切度(osculation)：
[0038]“密切度”被理解为表示滚道的曲率半径与球的外径之间的比值(/比率/比例)。特别地，下面将使用以下缩写词：
[0039]
ooe：径向外部且轴向外部的滚道31o的曲率半径与轴向外部成列的球32中的球的外径dso之间的比值；
[0040]
oie：径向外部且轴向内部的滚道31i的曲率半径与轴向内部成列的球33中的球的外径dsi之间的比值；
[0041]
ooi：径向内部且轴向外部的滚道20o的曲率半径与轴向外部成列的球32中的球的外径dso之间的比值；
[0042]
oii：径向内部且轴向内部的滚道34i的曲率半径与轴向内部成列的球33中的球的外径dsi之间的比值；
[0043]
接触角：
[0044]
这由直线ro、ri与轴承单元的径向方向形成的角构成，直线ro、ri连接(joining)滚道与球之间的按压接触中心。图2中的细节示出了轴向外部成列的球32中的球的接触角cao和轴向内部成列的球33中的球的接触角cai。这些角的值也可以彼此不同。此外，球与滚道之间的接触点分别表示如下：
[0045]
coe：径向外部且轴向外部的滚道31o与轴向外部成列的球32中的球之间的接触点；
[0046]
cie：径向外部且轴向内部的滚道31i与轴向内部成列的球33中的球之间的接触点；
[0047]
coi：径向内部且轴向外部的滚道20o与轴向外部成列的球32中的球之间的接触点；
[0048]
cii：径向内部且轴向内部的滚道34i与轴向内部成列的球33中的球之间的接触点。
[0049]
如上所述，通过调节一些或全部几何参数(例如，增大密切度、减小接触角等)，可以实现(/使得)摩擦损耗的显著(/大大)降低，但是这总是会损害车轮轮毂组件的整体强度，因此将对其工作寿命(/使用寿命)产生不利影响。
[0050]
本发明的基本思想是在滚动体与滚道之间创建(/产生)双接触角，这将在下面更全面地解释。
[0051]
下面，以示例的方式，注意力将集中在轴向外部且径向内部的滚道20o以及轴向外部成列的滚动体中的滚动体32上。与这些部件相关的所有论述将完全适用于其他滚道和其他滚动体。
[0052]
参照图3，滚道20o包括第一滚道部20o'和第二滚道部20o"，两个滚道部分别以两个不同的接触角(即，较小的第一接触角cao'和较大的第二接触角cao")与滚动体相切。滚动体32与滚道部之间的切向(/正切/相切)(tangential)接触点分别由coi'和coi"表示。
[0053]
应注意，两个滚道部之间的交点是在两个滚道部之间产生的尖点(/尖端/会切点)(cusp)cu。
[0054]
还参照图4，两个滚道部20o'和20o"将具有中心c'和c"，中心c'和c"彼此不重合，也不与滚动体的中心cs重合。有利的是，两个滚道部的中心之间的轴向距离和径向距离均将包含在0.01mm与0.5mm之间的范围内。
[0055]
在以沿着笔直部分(/直段)(straight section)驱动或者绕着具有宽的曲率半径的弯曲部(bend)驱动为特征的操作(/运行)状况下，并因此而在外部载荷几乎完全是径向的或者具有非常小的倾覆力矩(/倾翻力矩(overturning moment))的状况下，滚动体通常沿着第一滚道部20o'(即，具有小的接触角cao'的滚道部)行进。由于接触角非常小(其值可以在5
°
与30
°
之间)，因此摩擦非常小。
[0056]
相反，在以具有小的曲率半径的弯曲部为特征的操作状况(即，不仅存在径向载荷的情况)下，滚动体将沿着第二滚道部(即，具有较大的接触角cao"的滚道部)行进。根据具体要求，该角的高值(通常在30
°
与60
°
之间)将确保所需的刚度和磨损性(/耐用性)。
[0057]
为了确保在低负载状况下球仅沿着第一滚道部(即，具有“较小”接触角的滚道部)行进，将第二滚道部(即，具有“高(/大)”接触角的滚道部)设计成具有轴向间隙，轴向间隙通常在5μ-20μ的范围内；较小的间隙或没有间隙将会导致(in effect)增大摩擦，这是由于滚动体与滚道之间的接触面积较大；较大的间隙(》20μ)将会显著降低轴承单元的刚度。
[0058]
假设具有“高”接触角的滚道的最佳轴向间隙在4μ至20μ之间，同样由于较小的接触角，因此具有低倾覆运动的轴承的刚度与标准方案相比略低：然而，该较低的值可以通过增加轴承单元的预载荷(例如，在25μ至40μ之间的预载荷)来补偿。
[0059]
有利地，两个滚道部可以各自具有不同的密切度，并因此具有不同的相对于滚动体的直径的比例。因此，ooi'≠ooi"，ooi'是第一滚道部的密切度，ooi"是第二滚道部的密切度。因此，更一般地，第一滚道部20o'、31o'、31i'、34i'的密切度ooi'、ooe'、oie'、oii'可以与第二滚道部20o"、31o"、31i"、34i"的密切度ooi"、ooe"、oie"、oii"不同。
[0060]
因此，以这种方式，采用与标准值(针对径向内滚道，标准值等于0.5175；针对径向外滚道，标准值等于0.53)不同的(例如，更高的)密切度值，能够进一步改善第一滚道部的低摩擦性质。同时，使用与标准值(针对径向内滚道，标准值为0.5175；针对径向外滚道，标准值为0.53)不同的(例如，更小的)密切度值，能够进一步改善第二滚道部的高刚度和耐磨损性质。更一般地，因此可能会是这样的情况：径向内部的第一滚道部20o'、34i'的密切度ooi'、oii'的值与0.5175不同，而径向外部的第一滚道部31o'、31i'的密切度ooe'、oie'的值与0.53不同。同时，可能会是：径向内部的第二滚道部20o"、34i"的密切度ooi"、oii"的值与0.5175不同，并且径向外部的第二滚道部31o"、31i"的密切度ooe"、oie"的值与0.53不同。
[0061]
基本上，对于相同的尺寸和应用，与标准架构相比，利用这种新设计可以减少等于20％-40％的摩擦。
[0062]
还可以通过使轴承单元设置有完全不对称设计的两列滚动体来进一步减少摩擦，其中，以上示出的不同几何参数可以有助于减少摩擦，从而增加两个滚道部的创新设计。
[0063]
必须理解，除了如上所述的本发明的实施方式之外，还存在许多其他变型。还必须理解，这些实施方式仅是示例，并且既不限制本发明的范围，也不限制其应用，也不限制其可行的构造。相反，尽管上面的描述允许本领域技术人员至少根据其实施方式的示例之一来实现本发明，但必须理解，所描述的组件的许多变型是可行的，而不会因此脱离如所附权利要求中限定的按照字面(/文字)上和/或根据其合法等同物解释的本发明的范围。