专利名称：：轮毂应力减小系统的制作方法
技术领域：
：0001本发明总体上涉及一种将车轮保持在车辆，例如半挂牵引车或牵引车拖车上的轮毂应力减小系统，尤其涉及一种利用成型连接器的系统，所述成型连接器与车辆轮毂所限定的成型孔匹配。
背景技术：
：0002按照惯例，轮毂由铸铁或铝形成，其被机械加工和组装以与车辆的其他部件匹配。例如，图8是以常规方式附连到车桥(未显示)的大体铃形轮毂H的径向部分的截面图。连接器(例如螺柱或螺栓B)延伸通过由从内表面E延伸到外表面F的轮毂H的安装法兰D限定的圆柱形镗孔C。尽管为了简化起见仅仅显示了单个螺栓B，典型地，多个孔C围绕轮毂安装法兰D的周边相等地被间隔，每一个接收螺栓B，螺栓的数量和尺寸和螺栓节距圆直径取决于车辆的额定荷载。0003螺栓B用于将轮毂H、(有时候)制动鼓G和轮胎T安装在其上的车轮W固定在一起。螺栓B均具有在一端的头部J和在相对端的螺紋部分K。车轮螺母L啮合螺栓螺紋部分K以将车轮W固定到轮毂H。螺栓B具有锯齿形肩部M，其通常压配合在圆柱形孔C中以将螺栓固定到轮毂H。螺栓头部J具有下表面N，其基本垂直于螺栓B的纵轴P，并且大体平坦地坐靠在轮毂内表面E上。0004当将车轮W安装到轮毂H时，将车轮螺母L张紧到螺栓B上，这沿垂直于轴线P的方向将张应力施加到轮毂H,并且施加垂直于下表面N的压缩应力。张应力通常在轮毂H的最关键区域中、沿着安装法兰D和轮毂H的圆筒部分之间的弧形过渡区、在相对于材料被去除以形成孔C的位置径向向内的位置处发生。张应力可以以矢量形式表示为箭头R，其具有如箭头的方向指示的力方向和由箭头的长度表示的大小。该张应力由螺栓头部J的下表面N施加到轮毂H。压缩应力由表面N施加，由箭头S指示。0005车辆轮毂H典型地受到限制使用寿命的两种类型的应力(1)通过张紧车轮螺母施加的平均张应力，其具有将轮毂内表面E向下牵引到孔C中的作用；(2)由当轮毂在荷载下旋转时例如通过回转产生的循环荷载导致的疲劳应力。当添加至循环荷载时，残余张应力对轮毂H的使用寿命有负面影响。另外，对于机修工来说当更换轮胎时过度张紧车轮螺母是很常见的，从而导致过度拉伸或过度张紧螺栓B和进一步增加张应力，这缩短了轮毂H的使用寿命。
发明内容0006本发明的一个实施例涉及一种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小系统。所述系统包括月芽轮毂(hubmoon),其具有限定多个孔的安装部分，和多个螺紋连接器，每一个螺紋连接器由所述孔中的一个接收。当所述连接器由与其螺紋啮合的车轮螺母张紧时在轮毂中产生最大张应力区域。最大张应力区域位于平分所述孔中的所述一个的轮毂半径之外。本发明的另一实施例涉及一种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小方法。0007图1是根据本发明的一个实施例的轮毂应力减小系统的透视图。0008图2是图1的应力减小系统的径向部分的放大截面图。0009图3是图1的连接器的一个实施例的侧视图。0010图4是连接器的另一实施例的侧视图。0011图5是根据本发明的另一实施例、使用图4的连接器的轮毂应力减小系统的径向部分的放大截面图。0012图6是显示当使用图1或图5的轮毂应力减小系统时施加到轮毂的张应力的透视应力图。0013图7是显示当使用现有技术的轮毂和螺栓连接系统时施加到轮毂的张应力的透视应力减小图。0014图8是产生图7中所示的张应力的现有技术的轮毂和螺栓连接系统的放大径向截面图。0015图9A和9B是均具有矢量图的放大截面图，其中图9A示出了图7和8的现有技术的系统，图9B示出了图l-3的系统。具体实施例方式0016图1-3示出了根据本发明的一个实施例的轮毂应力减小系统IO。如图2中最佳地所示，系统10包括大体铃形轮毂12,其具有通过轴承(未显示)附连到车桥的圆筒部分。可以通过镗孔操作形成的圆柱形孔14由轮毂12的外周边安装法兰15限定。孔14从内表面16延伸到轮毂安装法兰15的外表面18。0017连接器的第一实施例，例如车轮螺栓20，被显示成带有主干22，该主干22具有在一端的锯齿形肩部24和在相对端的螺紋部分25。锯齿形肩部24可以压配合在轮毂安装法兰15的圆柱形孔14中。螺栓主干22延伸通过由制动鼓G限定的孔26和由车轮W限定的孔28。车轮螺母L螺紋地啮合螺栓螺紋部分25以将轮胎T安装到轮毂12上。螺栓20具有头部30，该头部具有充当接触表面的下表面32，其具有以螺栓的纵轴34为中心的轮廓。典型地，多个孔14围绕轮毂安装法兰15的周边相等地间隔开，每一个接收螺栓20，螺栓的数量取决于车辆的额定荷载。0018轮毂安装法兰15限定头部基座35，该头部基座具有大于圆柱形孔14的直径。所示基座35具有匹配螺栓头部下表面32的轮廓，在这里显示成匹配渐缩形状或截头圆锥形(也称为"平截头体"或"截头体")。如图3中最佳地所示，螺栓头部下表面32具有相对于螺栓纵轴34的角(1)("phi")，如虛线34和36之间所示，其中虛线36指示头部下表面32和头部基座35的倾角。在图中，用d)("phi")标记的该倾角为大约45°,尽管可以4吏用在20。-80。的范围中选择的任何角度。下面针对图6论述使用所示的渐缩头部32和渐缩基座35对性能的影响。0019图4和5示出了根据本发明的连接器40的备选实施例。如图4中最佳地所示，连接器40包括具有主干42的轮毂螺栓或螺栓41。主干42具有在一端的无螺紋部分44,其可以可选地形成锯齿以携带多个锯齿45，和在相对端的螺紋部分46。螺栓41具有纵轴48，具有下表面52的头部52以该纵轴为中心。在图中，螺栓头部下表面52具有相对于纵轴48的角6("theta")，如虚线48和54之间所示，其中虛线54与下表面52共面。在所示实施例中，角6为大约90。，因此头部下表面52基本垂直于纵轴48，这与显示用于在上面的背景部分中论述的图8的现有技术螺栓B—样。0020连接器40包括优选地尺寸被确定成坐靠在螺栓头部50的整个下表面52上的间隔元件或垫圏55。垫圏55具有三角形横截面，被显示成直角三角以紧密适配头部下表面52和肩部44的周边的相互垂直的界面。垫圏55的剩余暴露表面56充当连接器40的接触表面。接触表面56被选择成相对于纵轴48成角度(J)("phi")，如图4中的虚线48和58之间所示。可以如上面关于图1-3的螺栓20所述选择角度d)，从而允许包括螺栓41和垫圏55的连接器40代替螺栓20。0021可以以各种不同方式构造连接器40。例如，可以优选地由钢材料通过冷镦或以另外方式形成肩部44和头部50来形成螺栓41。间隔元件或垫圏55可以在冲压操作或其他形成操作中由钢材料形成。优选地，螺栓41通过冷镦形成并且垫圏55通过沖压形成。0022在这些初始形成操作之后，垫圏55被安装到螺栓主干42上并且坐靠在头部下表面52上。垫圏55可以以各种不同方式固定就位，产生所谓的卡固垫圏。例如，在垫圏55安装在主干41上之后，可以在肩部44上形成锯齿45。锯齿45的脊为主干41提供的外径大于肩部44的外径，并且大于垫圏55的内径，从而将垫圏固定到螺栓41。可以在形成锯齿45之前、之后或期间在主干41上形成螺紋46。作为另一个例子，垫圏55可以被压缩或预加载以将垫圏固靠在头部下表面52上。在该例子中，可以在将垫圏55安装到螺栓41上之前或之后形成锯齿45和螺紋46。0023图5示出了根据本发明、利用连接器40的轮毂应力减小系统60的备选实施例。在这里，连接器40代替螺栓20以将轮毂12、制动外壳G和车轮W耦合在一起，从而使用车轮螺母L将轮胎T安装到车辆上。垫圏55的界面56抵靠在渐缩头部基座35上。在连接器40中使用在主干肩部44上运动或浮动的垫圏55允许连接器40补偿螺栓头部50或圆柱形轮毂孔14的不同心性。在张紧车轮螺母L期间，卡固垫圏55—直促使坐靠表面52和55的完全接触。0024作为一个例子，图6和7是比较使用轮毂应力减小系统10或60施加到轮毂15的张应力(图6)与使用在背景部分中论述的现有技术系统作为一个特定情形施加到轮毂H的张应力(图7)的应力图。图7代表典型情形，并且发现对于其他轮毂形状结果是类似的。图6示出了由应力减小系统10或60产生的应力分布图70。应力分布图70显示了表示应力增加水平的不同应力水平72、74、75、76和78。图7示出了由现有技术螺栓B产生的轮毂H上的应力分布图80。应力分布图80显示了表示应力增加水平的不同应力水平82、84、85、86和88。在下面的表l中显示了按最大应力水平的百分比(％)计的图6和图7应力水平的比较。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表l:应力水平0025在上面背景部分中所述的三种类型的轮毂应力中，图6和7的应力图并未解决疲劳或循环应力，仅仅解决了当将轮胎T安装到车辆上时通过张紧车轮螺母L产生的平均张应力。图7的现有技术的应力分布图显示了在大体铃形轮毂H的圆筒部分中的几乎无应力区域82,和从每个螺栓孔C的相对侧延伸的成对的三角形区域。然而，极高应力区域86和88沿着每个螺栓孔C的内侧部分切向地出现。应力过渡区域84和85位于极高应力区域86、88与几乎无应力区域82之间。0026图6也具有在轮毂12的圆筒部分中并且在每个螺栓孔14之间沿圆周延伸的几乎无应力区域72。最高应力区域78是位于每个孔14的相对侧并且位于围绕轮毂12的环带区域中的成对的小菱形区域。应力过渡区域74、75和76的位于应力区域72和78之间。应力减小系统10、60中的最高张应力水平78大致是使用现有技术的轮毂H和螺栓B设计受到的最高应力水平86、88的一半。0027除了轮毂12受到的最高应力水平78的显著减小之外，使用应力减小系统10、60相比图7和8的现有技术的轮毂H和螺栓B组合大大地改善了最高应力水平的位置。如上面背景部分中所述，极高张应力86、88出现在轮毂H的关键区域中。该关键区域沿着安装法兰D与轮毂H的圆筒部分之间的弧形过渡区定位，并且相对于从那里材料被去除以形成孔C的位置处于内侧位置。弧形过渡区和材料去除均在关键区域中固有地弱化了轮毂。沿着与每个孔C相同的半径，附加地将高张应力86、88放置在该关键区域中导致对轮毂H的使用寿命有负面影响。应力减小系统IO、60将最高应力区域78移到该关键区域之外并且总是远离横贯孔14或成型基座35的任何半径。0028在图9A和9B中示出了将如图7和8所示的系统10、60的最高应力区域78相对于现有技术的最高应力区域86、88的关键区域位置重定位的一种可能的解释。图9A将由平坦的下表面N和螺栓头部J沿径向方向施加的合成张应力显示为矢量R。0029图9B示出了使用带有成型接触表面32或56的成型基座35的效果，但是为了简化起见仅仅示出系统10。在这里，假定成型基座35与螺栓头部接触表面32或56完全接触。由螺栓头部30施加的总力由矢量90表示，该矢量具有正交于或垂直于成型基座32的方向。假设图9A和9B中的车轮螺母L均用相同扭矩张紧，由矢量S和矢量92表示的力的大小是相等的，并且因此，矢量S和92具有相同的长度。每个头部具有伸出所述轮毂内表面的暴露表面。如图9B中所见，每个头部基座具有在内表面的第一直径并且每个头部可以具有大于第一直径的第二直径，其中每个头部具有伸出所述轮毂内表面的暴露表面。类似地，每个孔14具有第一圆周，每个坐靠表面35具有大于第一圆周的第二圆周并且每个头部接触表面32或56具有第三圓周，所述第三圆周尺寸被确定成当由所述车轮螺母张紧时与所述相关轮毂坐靠表面35的所述第二圆周接触配合。在备选实施例中，第一直径可以大于第二直径，其中头部具有在轮毂内表面和轮毂外表面之间的暴露表面。在备选实施例中，暴露表面在轮毂内表面下方凹陷。0030在x-y坐标轴系统中分解矢量90，矢量90具有被显示为矢量92的竖直分量和被显示为矢量94的水平分量。术语"水平"和"竖直"是相对于图9B的视图的相对术语。最大应力水平78和86、88,这些结果分别由图6和7中所示的测试数据验证。水平应力矢量94可以在轮毂12的关键区域中施加残余压缩应力。水平应力矢量94也可以负责将图7中的最高应力水平86、88的位置移动到图6中的最高应力水平78的位置，该位置在关键区域之外。0031因此，张应力减小系统IO、60使用一种形状，其中螺柱头部30、50为有角设计或渐缩形状，其坐靠在埋头孔14、35中。该构思在轮毂12的关键区域中产生较低张应力78，原因是来自螺柱安装扭矩的力垂直于连接器接触表面32、56,而不是垂直于现有技术的头部下表面N指向。由矢量90指示的法向方向的力低于由矢量R指示的现有技术系统的平均张力，并且可以在轮毂12的关键区域中施加由矢量92指示的残余压缩应力。连接器20的形状作为整体单件螺柱设计具有益处。包括带有卡固垫圏55的螺柱42的两件式组装设计40在张紧期间一直促使接触表面32、56与成型基座32在张紧期间始终完全接触。0032参考前述典型实施例显示和描述了本发明。然而应当理解，在不脱离以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以获得其他形式、细节和实施例。权利要求1.一种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小系统，其包括轮毂，其具有限定多个孔的安装部分；和多个螺纹连接器，每一个由所述孔中的一个接收并且当由与该螺纹连接器螺纹啮合的车轮螺母张紧时在轮毂中产生最大张应力区域，且最大张应力区域位于平分所述孔中的所述一个的轮毂半径之外。2.根据权利要求l所述的轮毂应力减小系统，其中轮毂安装部分包括相对的内表面和外表面，所述多个孔在所述内表面和外表面之间延伸；并且每个螺紋连接器包括保持在轮毂内表面处的头部和延伸超出轮毂外表面以啮合所述车轮螺母的螺紋部分。3.根据权利要求2所述的轮毂应力减小系统，其中轮毂内表面限定成型坐靠表面；并且每个螺紋连接器的头部具有接触表面，该接触表面被成型为当由所述车轮螺母张紧时坐靠在相关轮毂坐靠表面上。4.根据权利要求3所述的轮毂应力减小系统，其中所述多个孔中的每一个具有第一圆周；每个轮毂坐靠表面具有大于所述第一圆周的第二圓周；并且每个头部接触表面具有第三圆周，所述第三圃周的尺寸被确定成当由所述车轮螺母张紧时与所述相关轮毂坐靠表面的所述第二圓周接触配合。5.根据权利要求3所述的轮毂应力减小系统，其中所述多个孔中的每一个具有第一圆周；每个轮毂坐靠表面在轮毂内表面处具有大于所述第一圆周的第二圆周，且坐靠表面在所述第一和第二圆周之间在圆周上渐缩；并且每个头部接触表面在圆周上渐缩以用于当由所述车轮螺母张紧时与所述相关渐缩轮毂坐靠表面接触配合。6.根据权利要求2所述的轮毂应力减小系统，其中轮毂内表面限定成型坐靠表面；并且每个连接器进一步包括邻近头部的下表面的间隔元件，所述间隔元件具有接触表面，所述接触表面被成型为当由所述车轮螺母张紧时抵靠在相关轮毂坐靠表面上。7.根据权利要求6所述的轮毂应力减小系统，其中所述多个孔中的每一个具有第一圆周；每个轮毂坐靠表面具有大于所述第一圆周的第二圆周；并且每个间隔元件接触表面具有第三圆周，所述第三圆周的尺寸被确定成当由所述车轮螺母张紧时与所述相关轮毂坐靠表面的所述第二圆周接触配合。8.根据权利要求6所述的轮毂应力减小系统，其中所述多个孔中的每一个具有第一圆周；每个轮毂坐靠表面在轮毂内表面处具有大于所述第一圃周的第二圆周，坐靠表面在所述第一和第二圆周之间在圆周上渐缩；并且每个间隔元件接触表面在圆周上渐缩以用于当由所述车轮螺母张紧时与所述相关渐缩轮毂坐靠表面接触配合。9.根据权利要求6所述的轮毂应力减小系统，其中每个连接器包括细长主干，所述主干具有在一端形成的头部和在主干的相对端的螺紋部分，所述主千具有邻近头部的肩部，肩部外表面具有形成的多个锯齿；当插入轮毂孔中时所述锯齿与轮毂孔形成压配合；间隔元件围绕所述主干；并且所述锯齿固定邻近头部下表面的间隔元件。10.—种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小方法，其包括形成通过轮毂的安装部分的多个孔；将多个螺紋连接器中的一个通过所述多个孔中的相关孔插入；用与螺紋连接器螺紋地啮合的车轮螺母张紧每个插入的连接器；和在所述张紧之后在轮毂中产生最大张应力区域，该最大张应力区域位于平分所述孔中的所述一个的轮毂半径之外。11.根据权利要求IO所述的应力减小方法，其中所述形成包括形成每个相关孔的成型坐靠表面；并且所述张紧包括使每个插入的连接器的接触表面坐靠在所述相关孔的成型坐靠表面上。12.根据权利要求11所述的应力减小方法，其中每个连接器具有细长主干，所述主干具有在一端的螺紋部分和在其相对端的头部，其中所述接触表面包括头部的成型下表面；形成步骤包括形成所述成型坐靠表面以与头部成型接触表面匹配；并且所述张紧包括在相关连接器的螺紋部分上张紧车轮螺母并且将头部成型下表面和轮毂成型坐靠表面匹配在一起。13.根据权利要求12所述的应力减小方法，其中每个连接器头部的成型下表面包括截头圆锥形状；并且所述形成包括将每个坐靠表面成型为截头圆锥形状。14.根据权利要求ll所述的应力减小方法，其中所述形成包括通过轮毂安装部分的内表面和外表面之间形成带有第一圃周的每个孔；和形成邻近所述轮毂内表面、具有大于第一圆周并且基本与第一圆周同心的第二圆周的每个成型坐靠表面。15.根据权利要求ll所述的应力减小方法，其中每个连接器包括细长主干，所述主干具有在一端的螺紋部分和在其相对端的头部，和邻近头部的下表面的间隔元件，其中所述接触表面包括间隔元件的外表面，所述外表面具有轮廓；形成步骤包括形成所述成型坐靠表面以与间隔元件成型接触表面匹配；并且所述张紧包括在相关连接器的螺紋部分上张紧车轮螺母并且将间隔元件成型接触表面和轮毂成型坐靠表面匹配在一起。16.根据权利要求ll所述的应力减小方法，其中每个间隔元件具有大体直角三角形橫截面，包括邻近所述主干的第一侧边表面，邻近头部下表面的第二侧边表面和形成外部成型接触表面的斜边表面；并且所述形成包括将每个坐靠表面成型为截头圆锥形状。17.根据权利要求16所述的应力减小方法，其中每个间隔元件具有大体等腰直角三角形横截面；并且所述形成包括将每个坐靠表面成型为正截头圆锥形状，所述形状具有在所述形状的圃锥表面和底部之间的大约45°的角。18.根据权利要求IO所述的应力减小方法，其进一步包括构造螺紋连接器，所述构造包括提供具有相对的第一端和第二端的主干；在所述主干的第一端形成头部；邻近第二端给所述主干的一部分攻螺紋；为所述主干提供邻近头部的肩部；邻近头部将间隔元件安装在所述主干上；和在所述安装之后，将间隔元件固定在所述主干上。19.根据权利要求18所述的应力减小方法，其中所述固定包括在肩部形成锯齿以将间隔元件固定在所述主干上。20.根据权利要求19所述的应力减小方法，其进一步包括将每个主干的肩部压配合在轮毂安装部分中的所述相关孔中。21.—种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的系统，其包括轮毂，具有安装法兰，该安装法兰限定在其相对的内表面和外表面之间延伸的多个孔，所述轮毂进一步限定多个头部基座，每一个从所述内表面凹陷并且围绕所述多个孔中的相关孔；和多个连接器，每一个压配合在所述多个孔中的相关孔中，每个连接器具有延伸超出所述外表面以啮合车轮螺母的螺紋部分和凹陷在所述内表面下方的接触表面，该接触表面抵靠在头部基座上。22.根据权利要求21所述的系统，其中每个连接器包括主干，所述主干具有在其一端的螺紋部分和在主干的相对端的头部；并且每个连接器接触表面包括头部的下表面。23.根据权利要求22所述的系统，其中每个孔具有笫一圆周；每个相关头部基座具有大于第一圆周的第二圆周；并且每个头部接触表面具有第三圆周，所述第三圆周被选择成在第二圆周处与头部基座配合。24.根据权利要求23所述的系统，其中每个头部基座在第一圆周和第二圆周之间沿圃周渐缩；并且每个头部表面包括渐缩的接触表面。25.根据权利要求22所述的系统，其中每个连接器包括主干，所述主干具有在其一端的螺紋部分和在主干的相对端的头部，和邻近头部围绕主干的间隔元件；并且每个连接器接触表面包括间隔元件的暴露表面。26.根据权利要求25所述的系统，其中每个孔具有第一圆周；每个相关头部基座具有大于第一圆周的第二圃周；并且每个间隔元件暴露接触表面具有第三圆周，所述第三圃周被选择成在第二圆周处与头部基座配合。27.根据权利要求26所述的系统，其中每个头部基座在第一圆周和第二圆周之间沿圆周渐缩；并且每个间隔元件暴露接触表面包括渐缩的接触表面。28.根据权利要求21所述的系统，其中当连接器由与其螺紋地啮合的车轮螺母张紧时，由所述相关孔接收的每个连接器在轮毂中产生最大张应力区域，该最大张应力区域位于平分所述相关孔的轮毂半径之外。29.根据权利要求21所述的系统，其中每个头部基座包括从所述内表面朝着所述相关孔渐缩的截头圃锥形凹陷；并且每个连接器接触表面包括截头圃锥形状。30.根据权利要求21所述的系统，其中每个头部基座具有暴露表面，该暴露表面伸出超过所述轮毂内表面。31.根据权利要求21所述的系统，其中每个头部基座在内表面具有第一直径；并且每个头部具有大于第一直径的第二直径。32.根据权利要求21所述的系统，其中每个头部在所述轮毂内表面和所述外表面之间具有暴露表面。全文摘要本发明的一个实施例涉及一种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小系统。该系统包括月芽轮毂，其具有限定多个孔的安装部分，和多个螺纹连接器，每一个由所述孔中的一个接收。当所述连接器由与其螺纹地啮合的车轮螺母张紧时在轮毂中产生最大张应力区域。最大张应力区域位于平分所述孔中的所述一个的轮毂半径之外。本发明的另一实施例涉及一种使用车轮螺母将车轮保持在车辆上的轮毂应力减小方法。文档编号B60B27/00GK101412345SQ200810128920公开日2009年4月22日申请日期2008年6月18日优先权日2007年10月16日发明者G·L·奥雷,M·R·布拉施申请人:统一麦特考公司