CN1882789A - 角接触球轴承结构的车轮轴承单元 - Google Patents

Abstract

车轮轴承单元(1)按四列角接触球轴承结构做成一个结构单元。

Description

角接触球轴承结构的车轮轴承单元

技术领域

本发明涉及一种角接触球轴承结构的车轮轴承单元，它具有至少两列环绕车轮轴承单元中心线的第一列滚珠和两列与第一列平行设置的第二列滚珠，其中一由第一列之一和第二列之一组成的第一对与一由第一列之一和第二列之一组成的第二对分别反向安装。

背景技术

在GB 206,606中表示了一种这一类型的车轮轴承单元。这种车轮轴承单元不再适应于现代汽车的要求，特别是在车轮轴承安装到汽车上时，到作出本发明的这一时刻为止，专业人员对于在中等和重型载荷的汽车上的车轮轴承选择圆锥滚子轴承。采用圆锥滚子轴承的优点在于其与常用的双列向的推力球轴承相比高得多的承载能力，如果这两种轴承相比需要相同的安装空间的话。因此采用圆锥滚子轴承则不得不接受其众所周知的缺点。这些缺点主要是：

-大的重量，从而不希望的高的非弹性地支承在汽车上的质量，

-由于内环凸缘和圆锥滚子之间不希望的端接触造成高的摩擦阻力，

-在汽车运行时外环和内环由于运行间隙而相互偏移，

-比较高的制造成本。

图1中表示具有一来自本申请人提供范围的圆锥滚子轴承的车轮轴承单元38。车轮轴承单元38主要由一外环39、内环40、两列反向安置的圆锥滚子41和由密封件23构成。密封件23是一盒式密封件，并在一固定在外环上的防护板21上具有三个密封唇口14、15、24(图1b)。一个密封唇口24在圆周侧沿径向预紧在内环40上。另一个密封唇口14径向向内紧贴在离心板(Schleuderblech)的一圆柱形部段上。离心板本身从这一部段起径向向外折弯。

在离心板上还可选择地安装一交替磁化的编码器或其他的信号发生器42，如图1b中所示，它位于一传感器43对面。第三个密封唇口15轴向紧贴在离心板上。在轴承环39、40之一上固定一制动盘44。在图1a中此制动盘不带配件画出。

车轮轴承单元38借助于卷边形凸缘7a通过内环40无间隙或几乎无间隙地预紧。由于行驶中的工作间隙，外环39相对于内环40可能相对于一垂直于车轮轴承单元的中心线的平面E倾斜一个角度α，和/或沿双箭头方向向圆锥滚子41或内环40轴向移动。外环39的用虚线表示的轮廓表示由于间隙而偏移的外环39。其结果是滚道和圆锥滚子41上的应力集中，从而造成轴承过载的危险。

外环39的偏移对连接结构也产生不利影响。因此对轴承的密封件23提出更高的要求，并在大偏移时不再具有所要求的密封性能。有时外环39的偏移还导致，密封件23的一个或多个密封唇口14、15或24部分从离心板或内环40上抬起。在图1b中用虚线表示可能的效果。因此在缝隙S1和S2处的密封作用消失。此外例如固定在外环39或内环40上的制动盘44连同相应的轴承环39或40相对于其余的轴承结构和外围结构偏移或和它一起歪斜，如图1a中所示。编码器与传感器靠近，传感器43和信号发生器42之间的距离变得不均匀，其结果是电子测量系统的传感装置信号不准确。固定在轴承环39、40之一上的制动盘44和相应的轴承环39、40一起偏移。作用在制动盘44上的制动钳45的位置变得不准确。造成制动能力降低和制动盘44及制动钳45的过早磨损。

发明内容

因此本发明的目的是，创造一种带有四列角接触球轴承的车轮轴承单元，它满足对现代车轮轴承增长的要求，并且在不改变安装空间的情况下可以替换具有普通圆锥滚子轴承的车轮轴承单元。

这个目的用权利要求1的内容实现。此车轮轴承单元具有一在外部共同包围两对滚珠列的外环。外环设有一径向向内突起的中间凸缘和用于各对滚珠列的滚道。在外环上加工出用于每列滚珠的滚道，此外车轮轴承单元可选择地具有一个或两个内环。

按照本发明一种结构方案决定性的是，车轮轴承单元是一至少将滚珠、外环和内环结合在一起的结构单元。这个结构单元可以由滚动轴承制造商完整地预装，并提供给汽车制造商，而不会造成单个零件的丢失。汽车制造商可以将车轮轴承单元直接固定在汽车的车桥结构上，并装上相应的车轮。

车轮轴承的各列滚珠具有沿轴承轴线(中心线)方向相反错开设置的内外滚道。每个由一第一列和一第二列组成的对仅仅承受一个方向的轴向力。在车轮轴承受径向力时在车轮轴承内产生一沿轴向作用的力，它必须通过一反作用力加以平衡。因此一个对分别与另一个对反方向安置和轴向固定。为此内环在端面外侧配备一凸缘，第二列滚道至少部分有利地在凸缘上形成，它使得滚珠对可以相互反方向安装，亦即夹紧。

本发明的车轮轴承单元的滚珠列对通过同心安装在一法兰体的圆柱形部段上的内环或通过法兰体上的一内滚道和通过一内环相互轴向夹紧。通常法兰体做成绕车轮轴承中心线旋转对称。

内环具有两条用于两个平行的滚珠列的滚道，其中在一对内分别涉及一个第一和一个第二列滚珠。第二列滚珠在轴承内位于轴向外部，相互邻接的第一列滚珠安装在它们之间。在法兰体上仅仅采用一个内环时内环轴向紧贴在法兰体上的一个支承凸缘上，这里两条直接加工在法兰体上的用于其他对滚珠列的滚道轴向邻接内环。在车轮轴承单元装配时滚珠列对借助于一径向向外伸出的与支承凸缘轴向对置的卷边形凸缘轴向夹紧和固定。为此法兰体上的一轴向的空心圆柱形末端部段这样地径向向外塑性变形，使它紧贴在内环的位于轴向外部的端面上。

按照本发明另一种结构方案，车轮轴承单元配有至少一个用来将车轮轴承固定在汽车一侧上的固定元件和/或至少另一个用来将车轮固定在车轮轴承上的固定元件。这些固定元件例如是内环和/或外环上的法兰或在轴承环圆周上分布的多个径向伸出的凸台。按本发明的另一种结构，法兰体具有上述固定元件之一。这里固定元件例如是一从法兰体上突起的凸缘等等，以固定车轮、制动盘、或者将车轮轴承单元固定在汽车一侧上。此外还设想，外环至少具有其中一个固定元件。固定元件和外环做成一体，并且是至少一个径向凸台。径向凸台最好做成朝向一环形法兰。也可以设想，在外环上形成两个法兰。法兰可选择地用来固定制动盘或车轮，并且在一个法兰的情况下还可选择地用来将车轮轴承单元通过外环固定在汽车上。

本发明的其他结构在具体实施方式这一节中详细描述。

与传统的双列角接触球轴承相比四列角接触球轴承的优点是：

-通过紧凑的结构形式减轻重量，

-高的承载量，

-通过四列滚珠，每列滚珠带有许多小的滚动体，使得在外环/内环和法兰内传力均匀。

-通过均匀的传力降低构件负荷，并可以减小轴承环横截面。通过在内环和法兰体配合之间的接缝上压力的均匀分布而减小卷边形凸缘的负荷。

-在采用表面淬硬的轴承环和滚道时，采用具有较小直径的滚珠意味着较小的淬硬深度，从而减小淬硬过程进行的时间。此外可以减小轴承环的横截面。这造成对于在材料和加工方面的成本节省巨大的潜力。

-轴承歪斜减少多达50％。从而改善功能可靠性和制动舒适性。

-由于较小的轴向窜动使车轮更好地运转。此外较小的轴承歪斜造成密封功能的改善和密封件摩擦的减小，因为可以减小密封唇口的径向重合度。

-通过采用列与列不同直径的滚珠，或者说它们以不同的压力角安装或具有不同的密切率，使得负荷承受可以最佳地匹配。

外环小的轴承歪斜和窜动对于车轮上的电子测量系统的精确工作是重要的前提，电子测量系统例如是ABS-系统的组成部分。

与圆锥滚子轴承单元相比优点是：

-轴承歪斜减小多达40％，带来上述所有优点。

-消除了由于圆锥滚子在轴承环凸缘上高的凸缘摩擦造成的功率损失。这对汽车燃料消耗起有利作用，还使车轮轴承单元内的热量产生减小。

-在载荷作用下小的轴向窜动带来上述的所有优点。

-按本发明的四列角接触球轴承结构在安装空间相同的情况下可替换圆锥滚子轴承单元。

附图说明

下面借助于在图2至8中所述的实施例详细说明本发明的其他细节和结构。附图表示：

图1一已知的圆锥滚子轴承的局部剖视图，连同在图1a和1b中的局部放大图；

图2本发明的一个实施例，其中单件的外环具有一用来固定在汽车上的法兰，在车轮轴承内安装相同直径的普通滚珠；

图3本发明车轮轴承单元的局部剖视图，它通过外环固定在汽车上的孔内；

图4本发明车轮轴承单元的局部剖视图，其中滚珠列按TOT布局安装，

图5按图4的车轮轴承单元带有不同压力角的变型，

图6本发明的车轮轴承单元的总体局部剖视图，以及

图7-8上述车轮轴承单元的局部视图，其中详细表示内、外环的几何构造。

具体实施方式

图1此前在“背景技术”一节中作了详细说明。本发明适合于转向和非转向车轮上的车轮轴承：图2表示一本发明的车轮轴承单元1，它设置成一种可绕轴线A回转的车轮轴承结构，并通过细牙花键36或类似的形锁合元件驱动。车轮轴承单元1具有一外环2，两个内环3，两个第一列4滚珠5以及两个第二列6滚珠5。在轴承径向平面E₁两侧分别设置一由一第一列4和一第二列6组成的对。此外车轮轴承单元1具有一法兰体7，它配备一法兰37形式的固定元件8。车轮螺栓9固定安装在法兰37内。

内环3固定安装在法兰体7上，一从法兰体7径向向外成形的并压紧在一个内环3上的卷边形凸缘7a使内环3相互夹紧，从而使滚珠列对相互反向安装。其中滚珠5沿接触线L₁方向支承在内环3的内滚道3a和3b上以及外环2的外滚道2c和2d上。

整体的外环2转变为一带法兰孔2b的径向凸缘2a，借其使车轮轴承单元1相对于车轮轴承单元的外围(在所述情况下即车桥结构)固定。为此螺栓嵌入法兰孔2b内。

列4和6的滚珠5相互都具有相同的直径。一对中的第一列4和第二列6相互按串联布局设置。滚珠列对按所谓的O型布局相互反向安装。其中滚珠5沿倾斜于中心线1a延伸的接触线L₁预紧。在车轮轴承单元1的径向平面E₁和接触线L₁之间分别形成相同的压力角α₁。

图3和4表示车轮轴承单元10和16，它们相互的区别在于外环17和18的结构。车轮轴承单元10的外环17具有一圆柱形外壳面，车轮轴承单元10用它汽车一侧的安装在未画出的孔内。车轮轴承单元16的外环18配备一用来固定在汽车上的径向凸缘18a。两个车轮轴承单元10、16分别具有两个做成相互对称的内环11，它们以无凸缘的一侧相互靠紧，它们借助于法兰体7的卷边形凸缘7a相互预紧。带有滚珠19的第一列12分别与带有滚珠20的第二列13按串联布局设置。第一列12的滚珠19在直径相互相同的情况下具有一小于第二列13滚珠20的直径。列与列之间在径向平面E₁和接触线L₂或L₃之间的夹角α₂和α₃各不相同，其中各个对相互按O型布局安装。压力角α₃大于压力角α₂。每一对的接触线L₂、L₃沿中心线10a或16a方向这样倾斜分布，使得随着到中心线的径向距离r¹至r^∞越来越小，第一对的接触线L₂、L₃离第二对的接触线L₂、L₃轴向越来越远，而且一对之内的接触线也相互远离-因此位于轴向外部的接触线L₃在车轮轴承的轴向之外最终与中心线10a、16a相交。

图5表示一与按图4的车轮轴承单元16的结构基本上相同的车轮轴承单元22，但是在车轮轴承单元22中滚珠19的接触线L₄和径向平面E₁之间的压力角α₄大于第二列13内的滚珠20的接触线L₅和经向平面之间的压力角α₅。每一对的接触线L₄、L₅这样地向中心线22a方向倾斜延伸，使得随着到中心线的径向距离r¹至r^∞越来越小，第一对的接触线L₄、L₅在轴向离第二对的接触线L₂、L₃相互越来越远，在同一对内部接触线沿轴向越来越接近-因此位于轴向外部的接触线L₅最终在车轮轴承单元22的轴向之外与中心线22a相交、并分别与接触线L₄交叉。

在图1至6中所示的所有车轮轴承单元1，10，16和22在车轮轴承两侧都借助于密封件23密封。在图1b中密封件23放大画出并基本上做成两件式。角形的板环形式的防护板21压入外环2、17、18的内孔内，并配备至少两个尤其是三个弹性密封唇口14、15、24。两个密封唇口14、15紧贴在密封件23的有时用作离心板的角形环25上，密封唇口24贴合在内环3、11上。

图6局部剖开表示车轮轴承单元16或22的总图。第一列12和第一列13的滚珠19及20分别在一滚珠保持架26、26a内保持和引导。滚珠19和20最好卡在滚珠保持架26、26a的兜槽35或35a内。这里兜槽35和35a轴向向一个方向敞开，其中滚珠保持架26的兜槽35a的开口相互面对，兜槽35的开口相互背离。

图7和8放大表示轴承环11、17、18的几何造型，未画出密封件23，车轮轴承单元10、16、22的上述结构设计成可选择地带有上述轴承环。

通过第一列12滚珠5、19中心并围绕中心线10a或16a，22a的假想中心圆的直径d_m小于通过第二列13滚珠20中心并围绕中心线的假想中心圆的直径D_m。外环17、18具有一径向向内突起的中间凸缘27。在中间凸缘27轴向两侧分别形成一用于第一列12的第一内滚道28和一用于第二列13的直接轴向邻接中间凸缘27的第二内滚道29。

内环11分别具有一用于第一列12的第一外滚道31。与它相邻的是各个用于第二列13的第二外滚道32。每个内环具有一个外滚道31或32。在车轮轴承轴向外部，一外凸缘33分别邻接第一外滚道31。外凸缘33的最大凸缘直径D_a至少与内环上的垂直于中心线10a、16a、22a的所有其他的以及最大的朝第一外滚道方向邻接外凸缘的外径一样大或者更大。

在内环11的在图7中所示的结构上，沿轴向在第一滚道31和第二外滚道32之间形成径向的滚道升高部34。第一外滚道31朝第二外滚道32方向转变为滚道升高部34。第一滚道31的垂直于中心线的最小外径D_a1小于滚道升高部的最大外径D_ah。

在图8中外环17、18与按图7的视图相比略有改变。在一轴向背离第一内滚道28的一侧一直径缩小部30邻接第二内滚道29。在这里第一内滚道28转变为直径缩小部30。第二内滚道29的垂直于中心线16a、22a的最大内径D₁大于在直径缩小部30处垂直于中心线10a、16a、22a的最小内径D₂。第二外滚道32垂直于中心线的最小外径至少等于或大于内环11的在轴向背离外凸缘33一侧邻接第二外滚道32的所有其他的外径。

用内或外环的这种结构取消了通常妨碍车轮轴承安装的凸肩和凸缘。它达到，各一个轴承环可以装两列滚珠，或两个轴承环装各一列滚珠，然后轴承环可以无阻碍地相互移动。

                   图形标记表

1    车轮轴承单元                    20   滚珠

1a   中心线                          21   防护板

2    外环                            22   车轮轴承单元

2a   凸缘                            22a  中心线

2b   法兰孔                          23   密封件

2c   内滚道                          24   密封唇口

2d   内滚道                          25   角形环

3    内环                            26   滚珠保持架

3a   外滚道                          26a  滚珠保持架

3b   外滚道                          27   中间凸缘

4    外滚道                          28   内滚道

5    滚珠                            29   内滚道

6    第二列                          30   直径缩小部

7    法兰体                          31   第一外滚道

7a   卷边形凸缘                      32   第二外滚道

8    固定元件                        33   外凸缘

9    车轮螺栓                        34   滚道升高部

10   车轮轴承单元                    35   槽

11   内环                            35a  槽

12   第一列                          36   细牙花键

13   第二列                          37   法兰

14   密封唇口                        38   车轮轴承单元

15   密封唇口                        39   外环

16   车轮轴承单元                    40   内环

17   外环                            41   圆锥滚子

18   外环                            42   信号发生器

18a  凸缘                            43   传感器

19   滚珠                            44   制动盘

Claims (17)

1.一种角接触球轴承结构的车轮轴承单元(1，10，16，22)，具有

-至少两个第一列(4，12)滚珠(5，19)，

-两个平行于第一列(4，12)设置的第二列(6，13)滚珠(5，20)，

-一个在外面共同径向包围所有滚珠(5，19，20)的外环(2，17，18)，

其中一个由第一列(4，12)之一和第二列(6，13)之一构成的第一对分别与由第一列之一(4，12)和第二列(6，13)之一构成的第二对反方向安装，其中外环(2，17，18)在一径向向内突起的中间凸缘(27)的轴向两侧分别具有一用于第一列之一的第一内滚道(28)和一邻接第一内滚道的用于第二列(6，13)之一的第二内滚道(29)。

2.按权利要求1的车轮轴承单元，其中通过第一列(4，12)滚珠(5，19)中心并环绕中心线(1a，10a，16a，22a)的一第一假想中心圆的最大直径小于通过第二列(6，13)滚珠(5、20)中心并环绕中心线(1a，10a，16a，22a)的一第二假想中心圆的最大直径。

3.按权利要求1的车轮轴承单元，其中第一列(12)的滚珠(19)具有一小于第二列(13)滚珠(20)的滚珠直径。

4.按权利要求1的车轮轴承单元，其中一直径缩小部(30)轴向背离第一内滚道(28)地邻接第二内滚道(29)，第二内滚道(29)转变为该直径缩小部(30)，并且第二内滚道(29)的最大自由内径大于直径缩小部(30)处的最小自由内径。

5.按权利要求1的车轮轴承单元，具有至少一个内环(3，11)，其中内环(3，11)具有用于其中一对的至少一个第一外滚道(31)和一个第二外滚道(32)。

6.按权利要求5的车轮轴承单元，具有至少两个内环(3，11)。

7.按权利要求5的车轮轴承单元，在内环(3，11)上具有一径向向外突起的外凸缘(33)，其中外凸缘(33)背离第一外滚道(31)地邻接第二外滚道(32)，在这里外凸缘(33)具有一最大外部凸缘直径，它大于内环(3，11)的朝第一外滚道(31)方向邻接外凸缘(33)的所有其他最大外径。

8.按权利要求7的车轮轴承单元，具有一沿轴向在第一外滚道(31)和第二外滚道(32)之间的径向滚道升高部，其中第二外滚道(32)朝第一外滚道(31)方向转变为该滚道升高部(34)，其中第二外滚道(32)的最小外径小于滚道升高部(34)的最小外径。

9.按权利要求7的车轮轴承单元，其中至少滚珠(5，19，20)、外环(2，17，18)和内环(3，11)结合成一固定在一起的结构单元，其中至少一个内环(3，11)同心安装在一法兰体(7)上，并且内环(3，11)轴向紧贴在法兰体(7)上以及借助于一径向朝外的并在端面处轴向压紧在内环(3，11)上的卷边形凸缘(7a)轴向固定。

10.按权利要求9的车轮轴承单元，其中在法兰体(7)上安装两个端面相互接触的内环(3，11)，并借助于卷边形凸缘(7a)轴向相互预紧，在此其中一个内环(3，11)轴向压紧在法兰体(7)上。

11.按权利要求1的车轮轴承单元，具有在角接触球轴承结构的接触线和一垂直于中心线(10a)的假想平面之间夹成的压力角，其中在每一对内列(4)与列(6)的所述压力角在角度的绝对值上一样大。

12.按权利要求1的车轮轴承单元，具有在角接触球轴承结构的接触线和一垂直于中心线(10a，16a，22a)的假想平面之间夹成的压力角，其中在一对内的各列(12，13)之间，压力角在其角度的绝对值上互不相同。

13.按权利要求1的车轮轴承单元，具有接触线，其从对到对的轴向距离朝中心线(10a，16a，22a)方向越来越大。

14.按权利要求1的车轮轴承单元，它具有至少一个相对于车轮轴承单元(1，10，16，22)外围的固定元件(8)。

15.按权利要求14的车轮轴承单元，其中固定元件(8)是一径向突起的凸缘(2a，27)。

16.按权利要求14的车轮轴承单元，其中一个固定元件(8)是至少一个与外环(2，18)做成一体的凸台，并且该凸台从外环(2，18)径向向外突起。

17.按权利要求16的车轮轴承单元，其中固定元件(8)是一环绕中心线(1a，16a，22a)的、配备多个在圆周侧相互离开一定距离的法兰孔(2b)的凸缘(2a)。

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