专利名称：轮轴轴承保持装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及轮毂，特别涉及一种固定到轴承组件上的轮毂的滚轧成形毂，其能够保持轮轴轴承。
背景技术：
轮轴轴承组件能够使车轮和轮胎组件完全绕着一个轴旋转。轮轴轴承组件包括球轴承或是滚动轴承，其与毂组件保持接触。通常，最外围的轴承由毂组件的一部分和外部滚道固定在适当的位置。而内轴承通常由毂组件的一部分和一个小内环固定在适当的位置。这个内环又由一个中央螺栓保持在适当的位置。但可惜的是，这个把内环固定到适当的位置的中央螺栓有一些缺陷。首先，正常操作下中央螺栓可能变松，这样可能导致轴向间隙的情况发生。其次，中央螺栓增加了毂组件的复杂性和制造成本。而且，中央螺栓增加了毂组件总的重量。
有几种方法已经设计出来取消中央螺栓结构。一种方法是将内环焊接到毂组件的轴向内侧端部。另一种方法是在毂组件上焊接一个保持垫圈。尽管这两种方法都取消了中央螺栓，但是当毂组件受到任何横向负荷时将直接作用到焊接的接合处，这样可能会导致毂组件出故障而引起车轮分离。
还有一种保持轴承组件的方法就是通过滚轧毂组件远端的轴向内侧部分在毂组件的远端形成一个肩部；这种构造被叫做滚轧成形毂组件。这个肩部紧靠环形组件从而在毂组件中保持轴承组件。
可是，在极端的行车条件下，作用在轴承上的横向负荷会引起连接到轴承上的滚轧成形毂发生弯曲或拉伸。当滚轧成形毂弯曲时，它就从轴承组件的小内环上脱离了。这会造成松动情况的发生，通常称之为轴向间隙。因此轮轴轴承的承受寿命缩短，可能会造成车轮摇晃，而且在一些极端危险和不利的情况下还可能造成车轮脱离。
这种情况的一个例子是，当车辆进入一个拐弯时，横向加速度或侧力反向推动轮胎的底部引起推动肩部的力。这些力将使设置在轴承和肩部上的预载松动。既然外轴承和内轴承是旋转的，由于车辆的运动，整个轴承组件都可能会损坏。
另一种保持轴承组件的方法是在毂组件上使用短粗轴。这种短粗轴方法帮助垫圈或内环保持在毂组件上。但是，短粗轴方法需要额外的重量，较大地增加了材料消耗，且需要额外的劳动来完成毂组件。
因此，需要一种能够在减少滚轧成形毂弯曲的同时又能取消需要用中央螺栓或短粗轴来保持轴承组件的解决方法。
发明内容
总体上说，本发明是一种毂组件，其包括一个滚轧成形毂，至少一个使毂组件旋转的轴承，一个轴承组件的内环，它与至少一个轴承和滚轧成形毂接触，以及一个将内环锁固到滚轧成形毂上的熔接焊缝。
更详细地说，上述熔接焊缝可以是激光焊接焊缝。该熔接焊缝在内环和滚轧成形毂保持连接的位置绕内环延伸360度。或者，该熔接焊缝可以是电子束焊接焊缝。
本发明也描述一种保持轮轴轴承的方法。该方法包括提供一个滚轧成形毂，设置一个轴承组件的内环与滚轧成形毂和轴承保持接触，然后通过一个熔接焊缝将滚轧成形毂焊接到内环上，从而将内环锁固到滚轧成形毂上。
另外，本发明还描述一种改良的毂组件。该毂组件可包括一个滚轧成形毂，一个接近滚轧成形毂的内环，和一个接近内环的轮轴轴承。这种改良包括使用一个熔接焊缝将滚轧成形毂锁固到小内环上，其中这个熔接焊缝大大增加了在轮轴轴承上造成轴向间隙的所需的力。
此外，本发明还描述一种车轮装置，其包括一个轮轴组件和一个与轮轴组件接触的滚轧成形毂。上述滚轧成形毂包括一个滚轧成形毂，一个与轮轴组件接触的轴承组件，该滚轧成形毂和一个熔接焊缝组件将轴承组件连接到该滚轧成形毂上。上述轴承组件还包括至少一个轴承，一个滚道，和一个与轴承接触的内环。
通过以下对所揭示的实施例详细地描述并参考附图及权利要求，本发明的各种具体实施方式
将会更加清晰易懂。
图1是表示本发明一实施例的毂组件的一部分的横截面透视图。
具体实施例方式
现在请参考上述附图，其中用不同的标号代表图中所示的各部分零件。图1是表示根据本发明一实施例的毂组件100的一部分的横截面图。毂组件100包括一个滚轧成形毂110和一个轴承组件120。滚轧成形毂110包括一个滚轧成形毂110的轴向内侧端部的远端，在此远端滚轧形成一个肩部115。肩部115用来在轴承组件120上设置一个预载以将其锁固在适当的位置。
轴承组件120包括至少一个轴承125，一个滚道155，和一个内环135。该至少一个轴承125可以是坚硬精密的滚子，用来减小轮轴组件(图中未示)和毂组件100的摩擦力。在一个示范性的实施例中，轴承组件120包括一个外轴承125和一个内轴承130。外轴承125和内轴承130可以是球型轴承或者圆锥辊轴承。外轴承125能够停留在一个外滚道145中，其由滚轧成形毂110的第一部分和滚道155形成。内轴承130能够停留在一个内滚道150中，其由内环135和滚道155形成。通过在预载情况下设置内环135，滚轧成形毂110远端的肩部115将内环135固定在适当的位置。这种方式下，滚轧成形毂110的肩部115和内环135将轴承组件120固定到滚轧成形毂110上。
在一示范性的实施例中，滚轧成形毂110可以由未淬硬的钢制造，例如，美国机动车工程师协会(Society of Automotive Engineers，以下简称SAE)1055等级/强度的碳钢。然而所属领域的技术人员应当知道，在毂组件100中也可以使用其它合适的碳钢来制造滚轧成形毂110以达到必要的稳定性。
在一示范性的实施例中，内环135由经淬硬的钢制成。例如，SAE52100等级/强度的铬钢就普遍应用于轴承工业中。事实上，SAE 52100是高碳铬钢，其还包括少量的锰和硅；这种空气熔炼的合金纯净，坚硬，而且抗磨损。然而所属领域的技术人员应当知道，内环135也可以用能在保持内轴承130的稳定性方面和用来承受极端的操作条件时实现内环135必要的功能的其它适合的硬材制造。
如上所述，滚轧成形毂110用来保持轴承组件120上的预载。例如，在极端的行车条件下，横向负荷作用于轴承组件120，这将引起滚轧成形毂110的肩部115发生弯曲或拉伸。当肩部115弯曲的时候，它可能与内环135脱离。这样造成的弯曲通常被称作轴向间隙，它包括内环135与轴承125和130之间的间隙情况。由于滚轧成形毂110的弯曲，将使轴承125和130沿轴变向或向前移动。这将导致轴承125和130过热，增加轴承/毂接口的发热量。这样对轴承125和130增加的不利因素可能导致车轮摇摆，而且在严重的情况下甚至导致车轮脱离。
毂组件100还可以包括锁定装置140，其形成于肩部115与内环135之间的接合处，将滚轧成形毂110的肩部115坚硬地固定于内环135上。通过将滚轧成形毂110的肩部115固定于内环135上，肩部115被牢固地固定于适当的位置，从而消除由于作用于滚轧成形毂110的侧力而发生的肩部115弯曲的情况。熔接焊缝能够在内环135与滚轧成形毂110保持连接处绕内环135伸展360度。在一个实施例中，锁定装置140是一个熔接焊缝。
在熔融焊接时，热源先将材料熔化，如金属，以在将要熔接在一起的组件之间形成一个桥接。常见地，接合处为T形焊接或对接。熔融焊接的例子可以包括激光焊接，手工金属电弧焊接，潜弧焊接，金属惰性气体焊接，钨惰性气体焊接，电子束焊接等等。特别是激光焊接通常用于较高规格要求的焊接，而且随着成本的降低被越来越广泛的应用。激光焊接能降低加工处理时的扭曲变形，而且还不需要填充焊丝而降低了成本。
在一示范性的实施例中，熔接焊缝为激光焊缝。激光焊缝可以通过在大约20千瓦范围将激光的输出到将要被焊接的一小块区域上形成。激光将材料熔化，当它穿过焊接处时材料在激光束后凝固。这样产生一个宽度大约1毫米的焊缝。由于焊缝很小，通常不需要打磨或清理。
更重要的是，由于激光在表面上产生的热依靠材料的热传导性来形成焊缝，热影响区通常比常规的焊接方法要减小，大约0.5毫米左右。激光焊接的减小的热影响区具有以下一些优点。激光的减小的热影响区不会穿透坚硬的经热处理过的内环135。这是一个重要的特点，因为由于焊接的热影响区而造成的任何深度的穿透都将严重地削弱经过热处理的内环135，这将减少轴承组件120的使用寿命。
在其他示范性的实施例中，锁定装置140可以包括使用其它的能够产生很小的热影响区(大约小于1毫米)的焊接技术。例如，可以使用电子束焊接，其具有大约0.5毫米的热影响区。本领域的技术人员应当得知其它具有小的焊缝和小的热影响区的类似焊接技术也可以被使用，而不超越本发明要保护的范围。
虽然本发明已以各种较佳实施例详细披露如上，但是本发明不应解释为仅仅涵盖上述这些实施例，这些实施例仅为示范性的实施例。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求及其等同物所界定者为准。
权利要求
1.一种毂组件，其特征是包括滚轧成形毂；至少一个使毂组件旋转的轴承；与至少一个轴承和滚轧成形毂连接的内环；及用于将内环焊接到滚轧成形毂上的熔接焊缝。
2.根据权利要求1所述的毂组件，其特征是上述熔接焊缝为激光焊接焊缝。
3.根据权利要求1所述的毂组件，其特征是上述熔接焊缝为电子束焊接焊缝。
4.根据权利要求1所述的毂组件，其特征是上述滚轧成形毂包含高碳钢。
5.根据权利要求1所述的毂组件，其特征是上述内环包含高碳钢。
6.根据权利要求1所述的毂组件，其特征是上述熔接焊缝在上述内环与上述滚轧成形毂的连接处绕着上述内环延伸360度。
7.一种保持轮轴轴承的方法，其特征是该方法包括提供滚轧成形毂；提供与滚轧成形毂和轮轴轴承连接的内环；及使用熔接焊缝将滚轧成形毂焊接到内环上，从而将内环固定到滚轧成形毂上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是上述熔接焊缝在上述内环与上述滚轧成形毂的连接处绕着上述内环延伸360度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征是上述熔接焊缝为激光焊接焊缝。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征是上述熔接焊缝为电子束焊接焊缝。
11.一种毂组件，其特征是包括(i)滚轧成形毂，(ii)与滚轧成形毂接近的内环，及(iii)与内环接近的轮轴轴承，改进之处包括将滚轧成形毂固定到内环上的熔接焊缝，其中该熔接焊缝增加了在车轮上造成轴向间隙所需的力。
12.根据权利要求11所述的改进的毂组件，其特征是上述熔接焊缝在上述内环与上述滚轧成形毂的连接处绕着上述内环延伸360度。
13.根据权利要求11所述的改进的毂组件，其特征是上述熔接焊缝为激光焊接焊缝。
14.根据权利要求11所述的改进的毂组件，其特征是上述熔接焊缝为电子束焊接焊缝。
15.根据权利要求11所述的改进的毂组件，其特征是上述滚轧成形毂包含未淬硬的高碳钢。
16.根据权利要求11所述的改进的毂组件，其特征是上述内环包含淬硬高碳钢。
17.一种装置，其特征是包括轮轴组件；与轮轴组件连接的滚轧成形毂，其包括滚轧成形毂；至少一个与轮轴组件和滚轧成形毂连接的轴承组件；及将轴承组件连接到滚轧成形毂上的熔接焊缝。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征是上述轴承组件包括至少一个轴承；滚道；及与至少一个轴承连接的内环。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征是上述熔接焊缝将滚轧成形毂锁固到内环上。
20.根据权利要求17所述的装置，其特征是上述熔接焊缝为激光焊接焊缝。
21.根据权利要求17所述的装置，其特征是上述熔接焊缝为电子束焊接焊缝。
22.根据权利要求18所述的装置，其特征是上述熔接焊缝在上述内环与上述滚轧成形毂的连接处绕着上述内环延伸360度。
全文摘要
一种毂组件，该毂组件包括连接到毂组件上的滚轧成形毂，至少一个使毂组件旋转的轴承，以及与至少一个轴承和滚轧成形毂连接的内环。该毂组件还包括利用熔接焊缝将内环锁固到滚轧成形毂上的锁定装置。
文档编号B23K15/00GK1931612SQ20061012751
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月7日 优先权日2005年9月16日
发明者马克·里奇, 克里斯·奥克伍德 申请人:福特全球技术公司