专利名称：主轴螺帽的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮毂组件，尤其涉及用于将轮毂组件保持在车辆轮轴的主轴上的主轴螺帽组件。
背景技术：
安装在车辆轮轴的主轴上的轮毂组件提供在其上安装车轮的可旋转安装表面。根据轮毂组件的期望特定应用，轮毂组件具有许多不同的设计。不管轮毂组件怎么样设计，轮毂组件通常具有以下部件车轮柱螺栓；从动轴柱螺栓；密封件；内、外侧锥形滚柱轴承；以及容纳这些部件的毂部。根据具体的设计，这些组件也可以包括防抱死制动环和放置在内、 外侧锥形滚柱轴承之间的间隔件。主轴螺帽螺纹连接到主轴上以将轮毂组件固定到主轴上。主轴螺帽执行将轮毂组件保持在主轴上的重要功能。
发明内容
提供了一种新型主轴螺帽组件，其包括以下三个部件锁定垫圈、锁定卡环和螺帽。这三个部件共同作用将轮毂组件固定到轮轴的主轴上。构成主轴螺帽组件的所述三个部件包含了使所述部件互锁以将轮毂组件保持在主轴上的设计特征。当装配在主轴上时，锁定垫圈抵靠外侧轴承的内圈并且与主轴啮合以防止锁定垫圈与主轴之间的相对旋转运动。所述螺帽螺纹连接到主轴上以抵靠锁定垫圈。锁定卡环安放在所述螺帽的凹槽中。所述锁定卡环具有从所述锁定卡环的圆周边突出的凸舌，所述凸舌延伸穿过所述螺帽中的开孔并且啮合到所述锁定垫圈中的开口中。 当所述锁定卡环的凸舌延伸穿过所述螺帽并且锚固到所述锁定垫圈时，所述螺帽被限制不能旋转。
在附图中描述和示出了主轴螺帽组件的各种实施例。附图仅仅作为例子而不应当被视为是对本发明的限制。因此，主轴螺帽组件在附图中是以示例的方式而不是为了限制而示出，在附图中图1是现有技术的毂和轮轴组件的部分截面图；图2是示例性的主轴螺帽组件的分解等轴视图；图3是图2的主轴螺帽组件中所示的锁定垫圈的详细前视图；图4是图2的主轴螺帽组件中所示的示例性螺帽的详细前视图；图5是沿图4中线5-5剖切的第一详细侧剖视图，示出了图3的锁定垫圈的安放表面；图6是沿图4中线6-6剖切的第二详细侧剖视图，示出了用于锁定卡环的凹槽；图7是图2的主轴螺帽组件中所示的示例性锁定卡环的详细侧剖视图；图8是与主轴结合的图2的示例性主轴螺帽组件的分解装配图9是图2的示例性分解的主轴螺帽组件装配好的等轴视图；以及图10是将轮毂组件固定到主轴上的图2的示例性主轴螺帽组件的截面图。
具体实施例方式参考图1，示出了现有技术的轮毂组件10。毂12具有从内侧开口延伸到外侧开口的腔孔11。轴承组件20容纳在腔孔11内，并且可旋转地安装在通常被称为主轴91的轮轴 90的自由端上。毂12与轴承组件20 —起形成轮毂组件10。轴承组件20包括内侧轴承30和外侧轴承40。在一个实施例中，轴承30、40为锥形滚柱轴承。内侧轴承30和外侧轴承40均具有围绕主轴91固定的各自内圈31、41 ；多个锥形滚柱33、43 ；以及容纳在毂12内侧的外圈32，42。锥形滚柱33、43被限制在每个轴承30、40的内圈31、41与外圈32、42之间。在一些实施例中，也可以具有保持架(未显示) 以保持滚柱33、43之间的期望间隔。在一个实施例中，轴承组件20也可以包括间隔件M以保持内侧轴承30与外侧轴承40之间的间隔。在该实施例中，间隔件M位于内侧轴承30的内侧内圈31和外侧轴承 40的外侧内圈41之间并且与两者抵靠(即，外侧指的是最接近轮轴90的自由端的一侧)。 其他轴承组件实施例可能不需要间隔件来分离内、外侧轴承。内侧轴承30和外侧轴承40典型地用油或油脂润滑。由毂12、内侧轴承30和外侧轴承40限定的毂腔17可以储存过量的润滑剂。为了使润滑剂包含在毂12内，毂12的内侧开口和外侧开口都必须被密封。在毂12的两端使用两种不同类型的密封件。在毂12的内侧端，毂12与主轴91之间的环空用润滑剂密封件14密封。润滑剂密封件14例如可以是金属强化的弹性体材料，其具有足够的弹性以密封毂12的内圆周界面和主轴91的外圆周。在毂12的外侧端，在一个实施例中，毂用毂帽(未显示)密封以防止润滑剂泄漏。 毂帽覆盖主轴螺帽95和外侧轴承40，以限制毂12的外侧端处的润滑剂。毂帽可以用紧固件(例如螺栓)固定到毂12上以保证足够的结构完整性，从而避免毂帽的意外丢失和随后润滑剂的损失。借助毂12的内侧端上的润滑剂密封件14以及毂的外侧端上的毂帽，毂腔17可以填充以润滑剂。在一些实施例中，填充端口延伸穿过毂12进入毂腔17中以允许油或油脂的引入。在一些实施例中，毂腔17的填充水平可以通过毂帽中的观察口进行监视。除了容纳轴承组件20以外，毂12还包括许多设计特征；根据特定应用的要求，所述设计特征也可以是轮毂组件10的一部分。例如，在一个实施例中，如图1中所示，毂12 包括车轮组件可以安装于其上的多个柱螺栓13。毂12也可以包括围绕毂12的内侧外部在圆周上固定的防抱死制动系统(ABS)霍尔效应环(tone ring) 15。ABS霍尔效应环15具有围绕霍尔效应环的圆周的离散节段，所述离散节段在紧密耦连到霍尔效应环上的磁性传感器中诱生脉冲。这些电脉冲允许ABS确定毂12的速度和待施加的适当制动功率。如上所述，轮轴90的自由端延伸以形成内侧轴承30和外侧轴承40安装于其上的主轴91。如图1的现有技术图示所示，主轴91在它的自由端具有外螺纹以接收主轴螺帽 95。在该现有技术的示例性图示中，主轴螺帽95和环形元件94用于将轮毂组件10保持在主轴91上。现有技术的主轴螺帽典型地选自各种特种主轴螺帽，包括带有开尾销的槽顶螺母和带有聚合物防振动插件的锁定螺帽。使用这些现有技术的特种主轴螺帽主要是为了保持轴承组件上的预加载压缩。这些设计的成功度不一。从图1可以看出，主轴螺帽对于车辆的安全操作是很重要的。主轴螺帽的性能退化可能导致预加载压缩的损失和导致轴承的故障。在下面提供了一种被特别设计以抵抗预加载压缩损失的新型主轴螺帽组件。参考图2，示出了构成该新型主轴螺帽组件50的三个部件的等轴视图。在该实施例中，主轴螺帽组件50包括垫圈60、保持螺帽70和锁定卡环80。该新型主轴螺帽组件50 被设计用来替换图1中所示的现有技术的主轴螺帽95和环形元件94。在该实施例中，主轴螺帽组件50通常在车辆应用(例如重载卡车)中用于将轮毂保持在轮轴上。然而在以下实施例中所述的主轴螺帽组件50可以适用于许多其他普通工业应用中。因此，下面结合车辆的轮毂组件图示和描述主轴螺帽组件50仅仅是为了方便的目的。参考图3，示出了垫圈60的示例性前视图。在一个实施例中，垫圈60具有在垫圈的周边附近、围绕周边沿圆周间隔的多个开口 61。在该实施例中，连接元件64隔开相邻的开口 61。在一个实施例中，如图3中所示，开口 61延伸形成穿过垫圈60的通道63。在另一个实施例中，开口 61可以仅仅充分地延伸以在垫圈60内形成腔(而不是形成延伸穿过垫圈的通道)。在又一个实施例中，垫圈60可以在垫圈的外周缘中形成多个开口，这些开口形成垫圈圆周边中的槽口。尽管在图中为矩形，垫圈60中的开口 61可以为圆形或任何其他期望的形状。除了上述开口以外，在该实施例中垫圈60还具有从垫圈的内圆周边径向向内延伸的凸舌62。凸舌62与主轴啮合以防止主轴与垫圈60之间的相对旋转运动。参考图4，示出了保持螺帽70的示例性前视图。在该实施例中，保持螺帽70具有主体74，所述主体具有带多个小平面的外周表面77。该带多个小平面的外周表面77被设计用来接纳工具以将转矩施加到保持螺帽。保持螺帽70的主体74具有沿着主体轴向延伸以啮合主轴的内螺纹78。在一个实施例中，凸缘71从主体74的远端径向向外延伸。在该实施例中，凸缘71 具有轴向延伸穿过凸缘的至少一个开孔76。保持螺帽70中的开孔76可以具有任何期望的几何形状。例如，不同于如图所示的保持螺帽70中的圆形开孔，在另一个实施例中可以使用穿过保持螺帽的凸缘的弯曲槽。参考图5，示出了图4中所示的保持螺帽70的示例性侧剖视图。该视图显示了从凸缘71轴向延伸的垫片部72。在该实施例中，垫片部72具有在垫片部的内周边上的圆形弯曲部，该圆形弯曲部形成与垫圈的外圆周边的一部分一致的部分。在另一个实施例中，垫片部72可以围绕整个凸缘71沿圆周方向延伸，以包围垫圈的圆周边。在保持螺帽的轴向向内表面中设有垫圈安放表面73。在其他实施例中，保持螺帽不具有垫片部。尽管垫片部简化了安装——其协助保持螺帽中的开孔与垫圈中的开口对准——但是它们不是在所有实施例中都需要。参考图6，示出了图4中所示的保持螺帽70的另一个示例性侧剖视图。该侧视图
6示出了在保持螺帽70的主体74的外周表面的小平面相交处的凹槽75。图2中所示的保持环被限制在该凹槽中。参考图7，示出了图2中所示的锁定卡环80的侧剖视图。该实施例中的锁定卡环 80是具有夹持部82 (通常被称为耳)的卡环，所述夹持部具有孔，所述孔允许保持环钳的啮合。所述钳将锁定卡环80扩张在保持螺帽上并且将它固定在保持螺帽的凹槽中。锁定卡环80还具有从锁定卡环的圆周边轴向突出的销81。在一个实施例中，销81延伸穿过保持螺帽的开孔并且与垫圈中的开口啮合。也可以使用除了卡环以外的其他类型的锁定环。例如，推顶按压就能安装上的保持环(push-on retaining ring)使用不需要用于安放锁定环的凹槽的替代性设计。也可以利用不同类型的锁定卡环。例如，图中所示的卡环是外部安装卡环(即，从外部固定到轴上的卡环)。主轴螺帽组件的其他实施例可以使用固定到保持螺帽的内部的内部安装卡环(即，固定到内部腔孔的卡环)。参考图8，示出了主轴螺帽组件50与主轴螺帽组件将要附连于其上的主轴91的外螺纹92的组合的分解装配图。为了易于图示和理解，在该图中未显示围绕主轴91的轮毂组件。在该实施例中，键槽93沿轴向切入到主轴91的外周表面中，并且穿过主轴的螺纹部分进入无螺纹部分中。当装配到主轴91上时，垫圈60的凸舌62啮合键槽93。凸舌62 将垫圈60锁定就位以防止相对于主轴91的旋转运动。也可以利用其他类型的键槽和键附连方式。例如，可以使用单独的键将垫圈60连接到主轴91上。在另一个实施例中，可以对轮轴90进行铣削，以在主轴91的外周表面上产生平坦部分(未显示)。将“D”形垫圈(即，内部呈D形的垫圈)(未显示)定位于主轴91上，以使垫圈60的内部平坦部分与主轴上的外部平坦部分啮合，从而将垫圈60相对于主轴91不能旋转地或者说随主轴91 一起旋转地固定到主轴91上。不管机械构造如何，在该实施例中的目标都是将垫圈60锁定到主轴91上，以防止相对旋转运动。这避免了可能存在于垫圈中的扭转力使保持螺帽70反向旋转运动、从而导致预加载压缩的损失。在将垫圈60放置在主轴91上之后，将保持螺帽70螺纹连接到主轴的外螺纹92 上，使保持螺帽抵靠垫圈。施加足够的转矩以获得内侧轴承和外侧轴承上的期望预加载压缩。标定了的扭力扳手可以用于保证适当的转矩被施加到保持螺帽。在主轴螺帽组件的一个实施例中，如果保持螺帽70中的开孔76不与垫圈60中的开口 61对准，则保持螺帽被拧松到低转矩设置，或进一步被扭转以实现开孔与垫圈中的开口之间的对准。在另一个实施例中，保持螺帽70中的开孔76的尺寸和垫圈60中的开口 61的尺寸可以允许对保持环进行调节，从而允许销81始终与垫圈60中的开口 61连接。也就是说，在一些实施例中，开孔76要么足够大，要么包括多个开口，从而使销81与垫圈中的开口啮合不必一定要开孔与垫圈60中的开口 61之间完美对准。此外，销81的横截面积可以足够小以允许相对于保持螺帽70中的开孔76调节销的位置，从而允许调节销的位置以与垫圈60中的开口 61对准。因此，在该实施例中，保持螺帽70中的开孔76与垫圈60中的开口 61之间的对准不需要精确重合。该实施例的优点在于，保持螺帽70可以根据规定被扭转而不需要过度扭转或拧松保持螺帽以实现主轴螺帽组件50的部件之间的对准。在另外的其他实施例中，销的远端可以被改动以啮合垫圈。例如，在一个实施例中，销可以在它的远端具有叉，从而允许销卡住相邻开口之间的连接元件。因此，根据销和垫圈中开口的设计，开孔与垫圈中开口之间的对准可以采用不同的对准目标。参考图9，示出了主轴螺帽组件50的等轴视图，显示了装配到主轴上时部件的方位。一旦保持螺帽70中的开孔76与垫圈60中的至少一个开口对准，销81可以通过保持螺帽的开孔与垫圈60的至少一个开口啮合。然后保持环80安放在形成于保持螺帽70的主体74的具有小平面的外周表面中的凹槽中。参考图10，示出了轮毂组件10的横截面图，其中图9的主轴螺帽组件50固定到主轴91上。该图示出了垫圈60抵靠外侧轴承40的内圈41。保持螺帽70抵靠垫圈60以建立轴承上所需的预加载压缩。为了保持该预加载压缩，围绕保持螺帽70安放保持环80。 保持环80的销81延伸穿过保持螺帽70的开孔并且与垫圈60的开口 61啮合。该图示出了构成主轴螺帽组件50的每个部件抵抗保持螺帽70的反向旋转(即，松动)的互锁设计。为了防止主轴螺帽反向旋转，主轴螺帽组件使用了多个互锁部件。首先，将垫圈60 相对于主轴91不能旋转地或者说随主轴91 一起旋转地固定到主轴91上，以隔离可能传递到保持螺帽70的扭力。其次，通过销81啮合到垫圈的至少一个开口 61将保持环80锚固到垫圈60上。由于垫圈60相对于主轴91被锁定就位，因此保持环80的销81与保持螺帽 70的开孔的啮合限制保持螺帽中的反向旋转。尽管结合若干特定实施例说明了本发明，但是这些实施例是示例性的而不是限定性的。对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以对这些实施例中的每一个进行各种修改和添加。例如，在又一个实施例中，垫圈可以采用多个不同的形式。例如，垫圈可以采用具有凹表面的贝氏垫圈(Belleville washer)的形式(未显示)。在该实施例中，在用保持螺帽安装期间，特意地使贝氏垫圈变形(弹性地)以在轴承组件上提供压缩预加载。由于它的固有弹簧性能以及不管挠度如何均能保持相对恒定的力的能力，贝氏垫圈有助于保持轴承组件上的预加载，从而允许它补偿预加载的损失。用贝氏垫圈保持轴承组件上的预加载也抑制保持螺帽70的进一步松弛。在该实施例中，贝氏垫圈还可以具有与如上所述的先前所述垫圈实施例相同的设计元素。因此，本发明不应当受以上描述或作为例子被提供的特定实施例的限制。相反地， 本发明应当仅仅由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种与轮轴、轴承组件结合使用的主轴螺帽组件，其中，所述轮轴在轮轴的自由端具有主轴，所述主轴具有外螺纹，所述轴承组件具有安装在所述主轴上的内侧轴承和外侧轴承，所述轴承组件保持在毂中，所述主轴螺帽组件包括具有多个开口的垫圈，所述垫圈抵靠所述外侧轴承；抵靠所述垫圈的保持螺帽，所述保持螺帽具有内螺纹，所述内螺纹啮合所述主轴的外螺纹以固定所述外侧轴承防止其轴向向外移位，所述保持螺帽还具有开孔；和附连到所述保持螺帽的锁定环，所述锁定环具有延伸穿过所述保持螺帽的所述开孔的销，所述销啮合所述垫圈中的所述多个开口中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的主轴螺帽组件，其中所述开孔与所述垫圈中的所述多个开口中的至少一个对准。
3.根据权利要求1所述的主轴螺帽组件，其中所述垫圈中的所述开口延伸穿过所述垫圈。
4.根据权利要求1所述的主轴螺帽组件，其中所述垫圈以相对于所述主轴不能旋转的方式固定到所述主轴。
5.根据权利要求1所述的主轴螺帽组件，其中所述内侧轴承和所述外侧轴承均具有安装到所述主轴上的内圈和安装到所述毂上的外圈。
6.根据权利要求5所述的主轴螺帽组件，其中在所述内侧轴承的内圈与所述外侧轴承的内圈之间布置有间隔件。
7.根据权利要求5所述的主轴螺帽组件，其中所述垫圈抵靠所述外侧轴承的内圈。
8.根据权利要求1所述的主轴螺帽组件，其中所述保持螺帽包括从所述保持螺帽径向向外延伸的凸缘，并且其中所述开孔还延伸穿过所述凸缘。
9.根据权利要求8所述的主轴螺帽组件，其中所述凸缘包括从所述凸缘轴向向内延伸以接收所述垫圈的至少一个垫片部。
10.一种用于将轮毂组件固定到主轴上的主轴螺帽组件，所述主轴具有外螺纹，所述主轴螺帽组件包括具有多个开口的垫圈，所述垫圈布置在所述主轴上以抵靠所述轮毂组件；抵靠所述垫圈的保持螺帽，所述保持螺帽具有内螺纹，所述内螺纹啮合所述主轴的外螺纹以固定所述轮毂组件防止其轴向向外移位，所述保持螺帽还具有开孔；和附连到所述保持螺帽的锁定环，所述锁定环具有销，所述销用于延伸穿过所述保持螺帽的所述开孔以啮合所述垫圈中的所述多个开口中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的主轴螺帽组件，其中所述垫圈以相对于所述主轴不能旋转的方式固定到所述主轴上。
12.根据权利要求10所述的主轴螺帽组件，其中所述轮毂组件包括内侧轴承；外侧轴承；用于保持所述内侧轴承和所述外侧轴承的毂；其中所述内侧轴承和所述外侧轴承均具有安装到所述主轴上的内圈；并且其中所述垫圈抵靠所述外侧轴承的内圈。
13.根据权利要求12所述的主轴螺帽组件，其中在所述内侧轴承的内圈与所述外侧轴承的内圈之间布置有间隔件。
14.一种安装到位于轮轴的自由端处的主轴上的轮毂组件，所述主轴具有外螺纹，所述轮毂组件包括内侧轴承；外侧轴承，所述内侧轴承和所述外侧轴承安装到所述主轴上；用于容纳所述内侧轴承和所述外侧轴承的毂；和主轴螺帽组件，其包括具有多个开口的垫圈，所述垫圈抵靠所述外侧轴承；抵靠所述垫圈的保持螺帽，所述保持螺帽具有内螺纹，所述内螺纹啮合所述主轴的外螺纹以固定所述轮毂组件防止其轴向向外移位，所述保持螺帽还具有开孔；和附连到所述保持螺帽的锁定环，所述锁定环具有销，所述销延伸穿过所述保持螺帽的所述开孔并且啮合所述垫圈中的所述多个开口中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的轮毂组件，其中所述开孔与所述垫圈中的所述多个开口中的至少一个对准。
16.根据权利要求14所述的轮毂组件，其中所述垫圈以相对于所述主轴不能旋转的方式固定到所述主轴上。
17.根据权利要求14所述的轮毂组件，其中所述保持螺帽包括从所述保持螺帽径向向外延伸的凸缘，并且其中所述开孔延伸穿过所述凸缘。
18.根据权利要求14所述的轮毂组件，其中所述内侧轴承和所述外侧轴承均具有安装到所述主轴上的内圈和安装到所述毂上的外圈。
19.根据权利要求18所述的轮毂组件，其中在所述内侧轴承的内圈与所述外侧轴承的内圈之间布置有间隔件。
20.根据权利要求18所述的轮毂组件，其中所述垫圈抵靠所述外侧轴承的内圈。
全文摘要
本发明提供了一种新型主轴螺帽组件，其包括以下三个部件垫圈、锁定卡环和螺帽。这三个部件共同作用并且与车辆轮轴的主轴结合将轮毂组件固定到轮轴的主轴上。构成主轴螺帽组件的所述三个部件包含允许所述部件互锁并且抵抗轮毂组件上的预加载压缩损失的设计特征。
文档编号F16B39/24GK102269210SQ201110039869
公开日2011年12月7日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年6月1日
发明者B·里格, M·R·布拉施, T·洛夫特斯 申请人:美国联合金属制品股份有限公司