[发明专利]轴承单元

说明书

技术领域

本发明涉及轴承单元，特别是适合于支撑车轮的轴承单元，其中该轴承单元的元件包括通过半固态金属工艺结合的第一部分和第二部分。

背景技术

出于燃料经济的考虑，汽车工业正在推进车辆部件减轻重量。然而，需要实现重量减轻而不损害必要的强度或部件的坚固性，并且优选不增加材料成本或制造成本。

车轮轴承是汽车部件希望减轻重量的示例，还考虑车轮轴承属于车辆弹簧下重量的情况。轴承的滚道需要由足够刚度的材料制造，以便承受滚动接触的应力。钛和某些陶瓷是具有必要机械特性的材料，且重量也很轻。它们也很昂贵，因此更加普遍地采用轴承钢。轴承钢具有良好的硬性，但是不能看作轻重量的材料。因此，获得车轮轴承相对便宜制造且减轻重量的一个解决方案是由轴承钢形成轴承环，并且由轻重量材料形成车轮轴承的进一步结构元件。

在SE530892中，提出轴承单元具有由第一材料和第二材料制造的内环和外黄。轴承环的第一材料可以是轴承钢，用作滚动元件的滚道，并且第二材料由半固态金属工艺结合到第一材料。第二材料可为轻重量金属，以便最大化潜在的重量减轻。

然而，在实现能够提供与例如全部由轴承钢制造的传统单元相同机械和结构性能的轻重量轴承单元方面仍有改进余地。

发明内容

本发明涉及轴承单元，其具有内部构件和外部构件，由至少一排滚动元件可旋转地彼此连接。轴承单元还包括安装在内部构件上的至少一个轴承内环，从而内环具有用于滚动元件的至少部分内部滚道。为了能使重量减轻，内部构件包括由第一材料形成的第一部分，并且还包括由金属材料形成的第二部分；优选为诸如铝的轻重量金属。第二部分至少部分设置为从第一部分径向向内，并且通过半固态金属工艺结合到第一部分。为了径向地互锁内部构件的第一和第二部分，第一部分包括在径向向内方向上延伸且与第二部分形成界面的部分，其中该部分呈现为至少一个表面朝向远离轴承单元的旋转轴。

因此，第一部分的向内延伸部分包括至少一个凸悬表面，相对于第一部分的底切表面。换言之，向内延伸部分具有最大轴向宽度，其大于其基座的轴向宽度。这主要考虑到结合第一部分和第二部分所用的半固态金属工艺。在适当模具的帮助下，内部构件的第二部分形成(至少部分)在第一部分内，当第二部分的金属材料为半固态时。随着其冷却，半固态金属凝固且收缩，导致在径向向内的方向上收缩。该部分的凸悬表面保证了第二部分具有半固态金属可径向收缩而抵靠的表面，从而径向锁定第一和第二部分。优选地，该部分包括第二凸悬表面，以增加冷却金属可收缩而抵靠的表面面积，并且加强径向互锁。向内延伸部分也用作在两个方向上轴向锁定第一和第二部分。

在本发明的第一实施例中，仅一个轴承内环安装在内部构件上。如果轴承单元是单排轴承，则轴承内环包括用作滚动元件的部分内部滚道的表面。内部滚道的其余部分形成在第一部分的表面上。如果轴承单元是双排轴承，则轴承内环具有用于第一排滚动元件的内部滚道，并且内部构件另外包括用作第二排滚动元件的内部滚道的表面。在本发明的第一实施例中，内部构件的第一部分结合滚道表面，因此优选由标准轴承钢形成。在第二部分已经结合到第一部分后，第一部分上的内部滚道表面通过例如感应硬化(induction hardening)给出必要的硬度。第一部分的其它适合的材料是钛或钛合金以及陶瓷材料，陶瓷材料例如为氮化硅、氧化锆、氧化铝、碳化硼、氮化硼、氮化铝或者碳化硅。第一实施例的优点是第一部分提供具有优良强度和刚度特性的内部构件。

在本发明的第二实施例中，多于一个的轴承内环安装在内部构件的第一部分上。如果轴承单元为单排轴承，则两个分离的轴承内环限定滚动元件的内部滚道。如果轴承单元是双排轴承，则第一和第二轴承内环限定用于第一和第二排滚动元件的第一和第二内部滚道。本发明第二实施例的优点是，因为内部构件的第一部分不包括滚道表面，所以第一部分不需要经受硬化处理。因此，第一部分由具有优良可成形性的材料制造，使其更容易且更便宜形成第一部分的所需形状。低碳钢和铝是合适材料的示例。低碳钢进一步具有在限定条件下可焊接的优点。

在本发明的两个实施例中，内部构件上安装的至少一个轴承内环可由标准轴承钢、陶瓷材料或者由钛或钛合金形成，并且第二部分的金属材料优选为铝或铝合金。