阅读说明：本技术 集成的轴承元件和悬架立柱模块及其制造方法 (Integrated bearing element and suspension upright module and method of manufacturing the same ) 是由 马尔科·法罗西 保罗·阿雷 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：一种用于车辆悬架的集成模块(1),包括轴承元件(2)和悬架立柱或转向节(3),其中,所述轴承元件是由高强度的第一材料制成的滚动轴承外圈(4),所述悬架立柱或转向节(3)的至少一部分由第二材料制成,所述第二材料是金属的、比所述第一材料轻并且在径向上共模制在所述轴承元件(2)的外侧上；所述悬架立柱或转向节(3)通过用于成型联接界面(7)被直接地固定到所述轴承元件(2)；所述轴承元件(2)的相对的轴向端部(13、14)被构造用于在共模制期间接纳相应的封闭和密封装置(15),用于保护所述轴承元件的相应的滚动轨道(18),并且用于在共模制步骤期间从轨道去除传递到其的热。(An integrated module (1) for a vehicle suspension comprising a bearing element (2) and a suspension upright or knuckle (3), wherein the bearing element is a rolling bearing outer ring (4) made of a first material of high strength, at least a portion of the suspension upright or knuckle (3) being made of a second material that is metallic, lighter than the first material and co-moulded radially on the outside of the bearing element (2); the suspension upright or knuckle (3) being directly fixed to the bearing element (2) by means of a profiled coupling interface (7); the opposite axial ends (13, 14) of the bearing element (2) are configured for receiving respective closing and sealing means (15) during co-moulding, for protecting the respective rolling tracks (18) of the bearing element, and for removing heat transferred thereto from the tracks during the co-moulding step.)

集成的轴承元件和悬架立柱模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆悬架的集成模块(一体化模块)，包括轴承元件(特别是滚动轴承的外圈)和与轴承元件成一体件并且在径向上位于轴承元件外部的悬架立柱或转向节。本发明还涉及一种用于制造这种集成模块的方法。

背景技术

众所周知，为了节省燃料，汽车工业已经越来越重视减轻车辆组件的重量。一种这样的组件是转向节(steering knuckle)，其将车轮轴承连接到车辆的悬架；更一般地，这种待减轻重量的部件包括车辆悬架的所有立柱。

轻质的转向立柱和转向节通常通过铸造由轻合金制成，轻合金通常是铝基的。

然后，将通常已知为HBU(轮毂轴承单元)类型的滚动轴承紧固到这些转向立柱或转向节，以支撑车辆车轮。每个由钢制成的滚动轴承的外圈与通过螺丝紧固到悬架的转向立柱或转向节的法兰(/凸缘)(flange)制成一体件。

然而，将轴承的外圈紧固到悬架的转向立柱或转向节的法兰和螺丝的存在大大增加了车辆悬架的总重量，并且还增加了由轴承元件和立柱形成的功能单元的总尺寸(厚度)。

为了克服这个问题，已经提出将外圈或其他轴承元件集成到由轻合金形成的立柱中，通过将立柱压配(合)或共模制到轴承元件上，由此避免对法兰和对应的紧固螺丝的需要。

然而，实际上，这种解决方案极难提供。

在机械压配合的情况下，由于钢(制成轴承元件)和铝或轻合金(制成立柱)的膨胀系数不同，因此必须提供很高程度的干涉，这种干涉产生相当大的应力，这可能导致在使用中或者甚至在组装期间中发生过早断裂。

在共模制的情况下，有必要首先确保轴承元件的径向外侧向表面牢固地固定到转向立柱或转向节的材料。为此，US6485188提出在轴承元件与立柱之间建立机械锁定接头，该机械锁定接头由轴承元件的径向外侧向表面的一个或多个凸起形成，该凸起嵌入到铸造的且直接成型到轴承元件上的转向立柱或转向节的材料中。US7175349提出了类似的解决方案，但这里是将立柱共模制到由钢制套筒形成的界面元件上，然后将普通的滚动轴承或HBU压配合到钢制套筒中。

其次，即使在铝或轻合金立柱与钢轴承元件之间形成稳定且直接的连接时，仍然存在确保滚动轴承的通常由钢形成在轴承元件或外圈的径向内侧向表面上的滚动轨道的完整性和适当硬度的问题。

根据WO2018/085430中描述的技术，即使悬架立柱与轴承元件之间的接头是化学制成的，仍存在后一个问题。

因此，在轴承元件与车辆悬架的转向立柱或转向节集成的背景下，US6485188、US7175349和WO2018/085430没有重要的商业应用。

由本申请人提交的EP2505381公开了一种在由轴承钢制成的轴承元件或***件与由较轻的金属材料(诸如铝或轻合金)制成的径向外元件之间的机械联接系统，该机械联接系统旨在形成用于将轴承附接到悬架立柱的法兰。该解决方案只能部分地减轻传统解决方案的重量(减轻了附接法兰的重量，但仍保留了紧固螺丝的重量)，并且轴承/立柱联接的整体尺寸大的问题仍然存在。此外，即使通过将轴承元件直接紧固到悬架立柱来应用该解决方案，仍然将存在确保轴承元件的滚动轨道中的化学完整性、机械精度和足够的硬度的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，特别是提供一种集成的轴承元件和悬架立柱或转向节模块，并提供一种用于构造该模块的方法，特别地，该模块和方法通过避免在生产悬架立柱或转向节之后进行机械加工或热处理的需要而是可靠的、非昂贵的、简单且实施快速的。

因此，根据本发明，提供了具有所附权利要求中陈述的特征的集成的轴承元件和悬架立柱或转向节模块以及用于构造该模块的方法。

附图说明

现在将参照附图描述本发明，附图示出了本发明的实施方式的非限制性示例，其中：

-图1示意性地示出了根据本发明制成的集成的轴承元件和悬架立柱或转向节模块的在轴向剖切平面上的纵向立面和截面视图；

-图2以放大比例示意性地示出了图1的细节；和

-图3以轴向截面示意性地示出了生产图1和图2的集成的轴承元件和悬架立柱或转向节模块的步骤的立面视图。

具体实施方式

参照图1和图2，图1和图2用数字1指示用于任何类型的车辆悬架的集成的轴承元件和悬架立柱(suspension upright)或转向节模块(knuckle module)的整体，车辆的类型是已知的并且为简单起见未示出。

集成模块1包括轴承元件2和悬架立柱或转向节3，其仅被示意性地示出，并且为了简单起见仅被部分地示出。

在示出的非限制性示例中，悬架立柱或转向节3(也就是说，用于转向轮(steeredwheel)并且因此还设置有用于连接到转向机构的横向臂(/侧向臂)的立柱)以一体件制成，但是以下描述也适用于以两件或更多件制成的立柱，必要时两件或更多件可以连接在一起。

根据本发明的第一特征，轴承元件2是滚动轴承(为简单起见未示出)的完整的外圈4(或其至少一部分)。

外圈4由具有高强度的第一材料(诸如轴承钢)制成。根据本发明的优选实施方式，外圈4通过对用于轴承的标准钢(“轴承级钢”)进行机械加工而制成。

另一方面，悬架立柱或转向节3整体由第二材料制成，或者，根据为简化起见而未示出的可选实施方式，如果悬架立柱或转向节3如上所述由两部分或更多部分制成，则其邻近外圈4的部分5中的至少一个由第二材料制成，第二材料必须是比第一材料轻的金属材料，诸如轻合金。在优选的实施方式中，立柱3通过铸造成型以一体件在径向上直接共模制到轴承元件2的外侧上而制成(通过包覆成型操作)，由铝或其合金或者适用于具体应用的任何其他轻合金制成。可能适合的铸造成型工艺包括高压铸造(在模具中形成或不形成真空)、低压铸造和半固态铸造(semi-solid casting)。

悬架立柱或转向节3或其至少一部分5通过用于成型联接界面(an interface forform coupling)7而直接地机械地固定到外圈4的径向外侧向表面6，界面7包括至少一对相对的轴向肩部8和9以及多个周向肩部10，其全部形成在滚动轴承的外圈4的径向外侧向表面6上并且在该径向外侧向表面6上间隔开。

在示出的非限制性示例中，轴向肩部8和9由形成在侧向表面6的环形突起12上的环形通道11的相对两侧部形成，环形突起12在外圈4的对称轴线A的相对侧、从侧向表面6在径向上向外延伸。

在示出的示例中，另外地，周向肩部10由形成在环形突起12的径向外末端边缘上、面向环形通道11的相反方向的相应的平坦部形成。

因此，在轴向方向和周向方向这两个方向上，在立柱3与轴承元件2之间提供牢固且永久的机械连接，使得肩部10形成用于防止绕着轴线A旋转的部件。

更一般地，优选但非必须地，界面7根据EP2505381(2011年10月3日公开)的教导来制成，EP2505381的内容的必要部分通过引用并入本文。

根据本发明的进一步的特征，并且结合上述其他特征，滚动轴承的外圈4的相对的轴向端部13和14被构造用于在将悬架立柱或转向节3的至少一部分5共模制(co-moulding)在轴承元件2上且全部围绕轴承元件2(图3)的操作期间(下文详细描述)接纳相应的封闭和密封装置15。

封闭和密封装置15以塞子(/柱塞)、帽或适于以流体密封的方式封闭滚动轴承的外圈4的内部腔室16的任何其他元件的形式构造，该隔室16设置有轴承元件2的对应的滚动轨道(rolling track)18，被构造用于以已知的方式接纳已知的滚动体(在示出的示例中为球，但滚动体还可以是圆锥滚子或球面滚子)，以支撑车轮轮毂旋转，为简单起见未示出滚动体，该轮毂也是已知的并且为简单起见未示出。

优选但非必须地，悬架立柱或转向节3整体共模制在轴承元件2上和周围，使得(图1和图2)至少滚动轴承的外圈4的在使用中面向车辆外部(在“外”侧)的第一轴向端部13优选但非必须地定位为与悬架立柱或转向节3的相应的第一端部19平齐。倒过来，如图2中所示，外圈4的第二轴向端部14同样可以形成为与悬架立柱或转向节3的内侧19平齐，或者在可能的变型中，为简单起见未示出，外圈4的第二轴向端部14可以形成为与内侧19分开，以在端部14与内侧19之间留下空的环形隔室。

滚动轴承的外圈4的相对的轴向端部13和14分别在它们之间界定(/限定)相应的凹部20，凹部20被构造用于以接触的方式接纳相应的封闭和密封装置15的第一端部21(图3)，同时每个封闭和密封装置15的与第一端部21相对的第二端部22联接到且抵接滚动轴承的外圈4的相应的轴向端部13、14。

根据本发明的一个方面，每个凹部20在轴向上延伸到轴承元件2的相应的滚动轨道18的紧邻区域(immediate proximity)，使得在将悬架立柱或转向节3共模制在轴承元件2上期间封闭和密封装置15能够从滚动轨道18去除热。

如图3中的虚线示意性示出的，封闭和密封装置15中的一个，即在示出的非限制性示例中安装在端部13的凹部20中的一个，可以使其端部21延伸为超过轨道18中的至少一个轨道(在示出的示例中，该轨道18面向端部13或定位在较靠近端部13的一侧)直到另一轨道18(在示出的示例中，该轨道18面向端部14或定位在较靠近端部14的一侧)。

根据本发明的另一方面，替代或附加于先前的特征，轴承元件2由硬化的轴承钢制成并且被选择为具有与第二材料(换句话说，制成悬架立柱或转向节3的金属材料(轻合金))的铸造温度相似的回火温度。

封闭和密封装置15本质上具有三个功能：

o保护抵抗外部物质，

o防止由于泄漏或蒸发而使施加在轨道18上或轨道18中的保护流体损失，

o将在冷却期间从铸造材料传递到由轴承元件2形成的***件的热(/热量)散发。

因此，封闭和密封装置15的构造诸如用于使与由轴承元件2或由滚动轴承的外圈4形成的***件接触的表面面积最大化(如图3中的虚线所示)，同时提供流体密封式密封。

例如，封闭和密封装置15、端部13、14和/或外圈4的其上还形成轨道18的径向内侧向表面17中的接触的元件中的一个可以设置有密封元件26(诸如，通常由硅树脂材料制成的弹性耐高温垫圈)，以提供流体密封式密封并且防止施加到内表面17的保护流体流出。

这是因为：鉴于形成本发明的***件的组合的轴承元件2和外圈4的生产可能发生在与执行包覆成型不同的场合，因此表面17尤其是轨道18不仅必须免受(/屏蔽)可能不利地影响它们的几何规则形的可能的冲击或碎屑的影响，而且还必须免受任何腐蚀剂的任何可能的攻击。因此，在生产线的末端处(at the end of the line)，对组合的圈4和轴承元件2设置由封闭和密封装置15形成的保护元件，由于待操作的部件的重量以及高生产率，可以借助于机器人装置或手动操作支撑装置(机器人)对组合的圈4和轴承元件2设置由封闭和密封装置15形成的保护元件，以在运输到模制现场、在生产线上的操作以及返回到最后的装配现场的过程中保护组合的圈4和轴承元件2。

关于封闭和密封装置15的几何形状，由于在封闭中轴向轴承力将施加在端部13、14的侧向表面30上(在示出的非限制性示例中，端部13、14还接纳垫圈26)，因此与内表面17的接触无法由组合的圈***件4和轴承元件2本身的加工公差与密封元件26的加工公差的结合来确保。为了在所有情况下都实现高散热，用高导热油脂或膏(为简单起见未示出)对组合的圈4和轴承元件2的表面17以及密封元件26进行处理/涂覆。这种材料通常由硅基或聚氨酯基的基质、具有高导热性的填料(诸如铝或氧化锌)制成。脂或膏复合物可以用于弥补不接触的表面之间的间隙(play)，同时提供高的热传递并且达到期望的效果。

关于轨道18的保护，如上所述，这些轨道涂覆有合适的保护流体(为简单起见未示出)，优选地，该保护流体由低粘度的脱芳烃溶剂组成。

除了用于内表面17和轨道18的保护流体之外，所描述的封闭和密封装置15的构造能够使内部空腔或隔室16排空，以使金属表面的氧化最小化。

为此目的，在生产线的末端或在包覆成型操作之前，对两个封闭和密封装置15中的一个设置止回阀27(图3)(仅示意性地示出)，通过该止回阀27能够使内部腔室与真空管线28连通。在现将描述的所有机加工步骤中，止回阀27能够保持内部真空。

从上面的描述中清楚地看出，本发明还涉及用于生产车辆悬架用的集成模块1的方法，集成模块1包括轴承元件2和悬架立柱或转向节3，其中，轴承元件2是具有滚动轨道18的滚动轴承的外圈4，众所周知，滚动轨道18必须具有高水平的硬度并且因此被硬化。

根据本发明的方法包括以下步骤。

第一步骤，机械地形成处于最终构造的滚动轴承的外圈4，其中，轴承元件2的相应的滚动轨道18具有与设计特征相同的形状、尺寸和表面特征(/特性)(硬度和粗糙度)，遵守通常的加工公差。

例如，根据EP2505381，还以如下方式执行该第一步骤，使轴承元件2或外圈4的径向外侧向表面6具有用于成型联接界面7，该界面7至少包括一对相对的轴向肩部8、9和多个周向肩部10。

第二步骤，用相应的封闭和密封装置15(在示出的非限制性示例中，包括一种设置有垫圈26的高导热性的“塞子”)对滚动轴承的外圈4的相应的相对的轴向端部13、14进行密封，从而以充分流体密封的方式封闭容纳滚动轨道18的滚动轴承的外圈4的内部腔室16。

第三步骤，以图3中示意性示出的方式将已经应用有封闭和密封装置15的滚动轴承的外圈4***到模具23中。

第四步骤，通过将轻合金铸造到模具23中以将成型联接界面7结合到其中，而将悬架立柱或转向节3的至少一部分5在径向上共模制到轴承元件2的外侧上。

根据本发明的一方面，封闭和密封装置15由为良好导热体的材料制成，优选地由金属材料制成。

另外，凹部20被构造为以接触(受到上述限制)且热联接的方式接纳相应的封闭和密封装置15，并且封闭和密封装置15的第一端部21***到相应的凹部20中，优选地，端部21的整个长度***到相应的凹部20中，并且可能超过凹部20。

凹部20还被构造为在轴向上延伸到轴承元件2的相应的滚动轨道18的紧邻区域中的点，并且凹部20用于以遍及整个轴向延伸长度或可能超出的方式接纳封闭和密封装置15的第一端部21(如图3中虚线示出的)。

结合上文，封闭和密封装置15的第二端部22被构造为联接到且抵接滚动轴承的外圈4的对应的轴向端部13或14，第二端部22与第一端部21相对并且具有比端部21的径向尺寸大的径向尺寸。

因此，在通过在轴承元件2上铸造对悬架立柱或转向节3共模制的步骤期间，封闭和密封装置15能够从滚动轨道18去除传递到滚动轨道18的任何热。

为了改善共模制步骤期间(以及在对制成立柱3的铝或铝合金进行热处理T6的任何步骤期间)的滚动轨道18的冷却，模具23设置有冷却回路24，冷却回路24定位在两个封闭和密封装置15的第二端部22附近，该回路用于在共模制步骤期间从封闭和密封装置15去除由其从滚动轨道18去除的热。

这些配置的结果是，根据本发明的另一方面，在共模制步骤之前，至少在滚动轨道18处对轴承元件2进行硬化，并且如果需要，还在轴承元件2上执行回火或应力消除(/减轻)(stress-relieving)的热处理，以消除硬化过程留下的任何内部应力。

根据本发明的另一方面，在将封闭和密封装置15***到凹部20中之前，使滚动轨道18填充有已知类型的保护物质，诸如低粘度的脱芳烃溶剂(dearomatized hydrocarbonsolvent)，以防止它们的氧化或其他可能的表面损坏。然后，将封闭和密封装置15联接到轴承的外圈4的相对的轴向端部13、14，以在共模制期间将由保护物质产生的任何蒸汽保持在轴承元件4内部。

封闭和密封装置15通过在轴向上与轴线A同轴地穿过轴承元件2的拉力螺栓(拉螺栓/对拉螺栓)(pull bolt)25(图3)而相互连接并且压靠于滚动轴承的外圈4的相对的轴向端部13、14。

作为上述方案的替代，或者另外地，由于制成轴承元件2的钢被选择为具有与制成悬架立柱或转向节3的至少一部分5的轻合金的铸造温度接近的回火或应力消除温度，因此在共模制步骤之前，至少在滚动轨道18上对轴承元件2进行硬化，但无需任何回火或消除应力的热处理。

因此，在共模制步骤(和/或对制造立柱3的轻合金进行热处理T6的任何步骤)期间，硬化的轨道18保持其硬度，而滚动轴承的外圈4由于悬架立柱或转向节3的材料传递的热而受到回火/应力消除热处理，这消除了内部应力，并且由于同时执行两个不同且必要的步骤，因此提供显著加速的生产过程。

由于上述技术，消除了已知技术的所有缺点，同时还可以简化和加速生产过程，因此降低其成本并且生产高质量的整体(/一体化)产品(集成模块(一体化模块)1)。因此，实现了本发明的所有目的。