CN100416122C - 车轮用轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种车轮用轴承装置，其中，可谋求轨道面的滚动寿命的提高，并且轨道面的加工余量可削减，谋求材料投入重量的削减和切削加工时间的缩短。车轮用轴承装置包括具有车轮安装用的法兰(5)和轨道面(10)的轮毂圈(1)，其中，相对轮毂圈(1)的轨道面(10)的纤维流线(F)的角度在15°或以下。另外，相对图中未示出的外方部件的轨道面的纤维流线的角度也在15°或以下。

Description

车轮用轴承装置
技术领域
本发明涉及支承汽车的车轮的车轮用轴承装置。
背景技术
在轮毂圈组件类型等的车轮用轴承装置的轮毂圈和外圈通过在锻造后，进行车床加工而制造。作为锻造步骤，一般，比如，在沿截面方向切断碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢的杆材后，在1100℃前后进行加热，进行镦锻、粗成形、终锻成形、和内径冲裁。
由于像上述那样锻造，故杆件的纤维流线在锻造后，轮毂圈像图11所示的那样，或外圈像图13所示的那样。在该图中，轮毂圈81或外圈84的车床加工后的终锻形状由虚线表示。
图12表示通过图11的轮毂圈81的车床加工，形成轨道面90的部分A的放大剖面。图14(A)、(B)分别表示通过图13所示的外圈84的车床加工，形成轨道面92、93的部分A、B的放大剖面。在该图12、图14中，在槽状轨道面90、92、93的曲率产生的底侧的缘部X到肩侧的缘部Y的范围，从槽曲率中心O到纤维流线F的剖面呈现的点P通过直线L而连接，在该直线L和轨道面的交点P引出切线T，分别求出与纤维流线F的切线T1的角度α。将该角度定义为轨道面的纤维流线F的角度α。
该纤维流线的角度α具有加工余量的值(轨道面的锻造轮廓形状和车床加工精加工形状的差)的关系，具有加工余量越大，纤维流线α越大的倾向，在该轮毂圈81的场合，15°＜α＜20°，在外圈84的场合，加工余量较大，在15°＜α＜80°的范围内变化。
该纤维流线F为在杆材成形时产生的材料的流线，存在若干的在制钢时清除不掉的杂质，杂质沿纤维流线F而存在。一般，被认为在正常的润滑条件下的滚动疲劳寿命的起点为材料中的杂质，特别是氧化系的杂质，杂质越大长度也越长，或杂质数量越多寿命越低。
虽然为试验片的试验结果，但是人们知道，轨道面的纤维流线的角度和滚动寿命具有相关关系，伴随角度的增加，滚动寿命降低。另外，还有下述的记载，其中，同样在车轮用轴承装置中，与管材的制造相比较，在圆杆材的制造中，纤维流线的截断变轻微(JP特公平5-66215号文献)。
但是，在过去的车轮用轴承装置中，为了满足要求的滚动疲劳寿命，故人们基本上不考虑纤维流线，仅仅根据锻造的实施的容易性，确定车床加工前的材料形状。但是，对于锻造的实施较容易的车床加工前的材料形状，加工余量多，车床加工加工的工时增加，其结果是制造成本增加，无法降低制品的成本。另一方面，就目前充分地满足滚动寿命来说，对于作为在过于严酷的条件下使用的汽车部件的车轮用轴承装置，在今后，人们考虑要求更加严格的滚动疲劳寿命。在上述专利文献1中具有与管材的制造相比较，在杆材的制造的场合，纤维流线的截断能够减少的记载，用于减少纤维流线的截断的措施、相对纤维流线的角度未被考虑。另外，专利文献1所述的制造方法为未具有凸缘的外圈的制造方法，在轮毂圈、带有凸缘的外圈中，是否能够适用或应用是不清楚的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置通过削减轨道面的加工余量，谋求轨道面的滚动寿命的提高，谋求材料重量的削减和切削加工时间的缩短。
本发明的车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的外周具有法兰，在其内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方部件的轨道面面对的多排的轨道面；介设于两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于，内方部件具有形成1个轨道面和车轮安装法兰的轮毂圈，相对该轮毂圈的上述轨道面、及外方部件的上述轨道面中的至少一者的轨道面的纤维流线的角度在15°或以下。上述各轨道面，既可以与由球形成的滚动体相对应的截面为圆弧状的面，也可为与由圆锥滚子形成的滚动体相对应的锥状的面。
相对轨道面的纤维流线的角度和滚动寿命具有相关性，伴随角度的增加，滚动寿命降低。对于内方部件、外方部件，如果从寿命比来看，纤维流线的角度在15°或以下，则判定能获得与纤维流线的角度为0的场合基本相同的滚动寿命。另外，将纤维流线的角度设置在15°或以下，则轨道面的加工余量会削减，可谋求材料投入重量的削减和切削加工时间的缩短。
在本发明中，即使在像上述那样，仅仅限制轮毂圈、外方部件中的任意者的纤维流线的角度的情况下，对于轮毂圈或外方部件仍获得效果，但是，对于轮毂圈和外方部件这两者，像上述那样，限制上述纤维流线的角度的话更好。
另外，相对轮毂圈的轨道面的纤维流线的角度，以及相对外方部件的轨道面的纤维流线的角度均特别是最好在10°或以下。特别是最好，相对轮毂圈的轨道面的纤维流线的角度在10°或以下。因此，比如，也可使相对外方部件的轨道面的纤维流线的角度在15°或以下，轮毂圈的相对轨道面的纤维流线的角度在10°或以下。
本发明的车轮用轴承装置也可用于外方部件在外周不具有法兰的类型。
即，本发明涉及下述的车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方部件的轨道面面对的多排的轨道面；介设于上述两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于内方部件具有形成1个轨道面和车轮安装法兰的轮毂圈，在此场合，相对该轮毂圈的上述轨道面的纤维流线的角度也可在15°或以下。同样在此场合，相对轮毂圈的上述轨道面的纤维流线的角度特别是最好在10°或以下。
另外，本发明也可用于第2代等的车轮用轴承装置。即，本发明涉及下述的车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的外周具有法兰，在其内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方面的轨道面面对的多排的轨道面；介设于两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于，相对外方部件的上述轨道面的纤维流线的角度也可在15°或以下。特别是最好，该纤维流线的角度也可在10°或以下。在该车轮用轴承装置的场合，外方部件和内方部件均可为旋转侧。在外方部件为旋转侧的场合，外方部件的外周的法兰为车辆安装法兰，在内方部件为旋转侧的场合，外方部件的外周的法兰为向车体安装用的法兰。
在本发明的车轮用轴承装置中，内方部件的另一轨道面也可为与轮毂圈的端部的外周嵌合的内圈。即，还可为第3代的车轮用轴承装置。
在本发明的车轮用轴承装置中，内方部件也可为具有与设置于外方部件上的多排的轨道面面对的各排的轨道面的2个内圈。即，也可为第2代的车轮用轴承装置。在此场合，既可为外圈旋转型，也可为内圈旋转型。
本发明的车轮用轴承装置也可为第4代的车轮用轴承装置。
在本发明车轮用轴承装置中，像上述那样，作为规定纤维流线的角度的轨道轮的轮毂圈或外方部件的材料也可由轴承钢、渗碳素钢、或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢制成。
在这些材料的钢材的场合，确认上述各轨道面和纤维流线的角度的关系。
由于在本发明的车轮用轴承装置中，相对在外周具有车轮安装法兰的轮毂圈的轨道面的纤维流线的角度在15°或以下，或者相对在外周具有法兰的外方部件的轨道面的纤维流线的角度在15°或以下，故获得谋求轨道面的滚动寿命的提高，并且轨道面的加工余量可削减，谋求材料投入重量的削减和切削加工时间的缩短的效果。
附图说明
根据参照附图的以下的优选实施例的说明，会更加清楚地理解本发明。但是，实施例和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求的范围确定。在后附的附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一部件。
图1为本发明的第1实施例的车轮用轴承装置的部分剖视图；
图2(A)、(B)分别为表示轮毂圈和外轮的锻造步骤的步骤说明图；
图3为上述车轮用轴承装置的轮毂圈的锻造完成状态的材料的剖视图；
图4为图3的A部分的放大剖视图；
图5为上述车轮用轴承装置的外轮的锻造完成状态的材料的剖视图；
图6(A)、(B)分别为图5的A部分和B部分的放大剖视图；
图7(A)为试验结果的曲线图，图7(B)为表示该各试验片和材料的杆件的方向的关系的说明图；
图8(A)、(B)分别为表示本发明的另一实施例的部分剖视图；
图9(A)、(B)分别为表示本发明的还一实施例的部分剖视图；
图10为表示本发明的又一实施例的部分剖视图；
图11为过去的轮毂圈的锻造完成状态的材料的剖视图；
图12为图11的A部分的放大剖视图；
图13为过去的外轮的锻造完成状态的材料的剖视图；
图14(A)、(B)分别为图13的A部分、B部分的放大剖视图。
具体实施方式
下面根据图1～图7，对本发明的第1实施例进行描述。本实施例为适合用于第3代的球型、驱动轮用的，内圈旋转型的车轮用轴承装置的实例。该车轮用轴承装置包括内方部件3和外方部件4，该内方部件3由轮毂圈1和与轮毂圈1的内侧端的外周嵌合的内圈2构成，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上。在该轮毂圈1的外侧端，具有车轮安装用的法兰5，在形成于法兰5的周向多个部位的螺栓插孔7中，压配合有车轮安装用的螺栓8。另外，该轮毂圈1构成中间孔1a贯穿的筒状的部件。在中间孔1a中，嵌合图中未示出的等速万向接头的外侧接头部件的轴部。在上述轮毂圈1和内圈2中，各自设置多排轨道面10、11中的一排。外方部件4由单独的外圈构成，在外周上具有向车体的安装用法兰6。在该法兰6的周向多个部位形成螺栓插孔9。外方部件4包括与轮毂圈1和内圈2的轨道面10、11面对的多排的轨道面12、13，在两排的面对的轨道面10、12之间，以及在轨道面11、13之间介设有滚动体14。轨道面10～13为产生接触角的面，该轴承为角接触型的轴承。滚动体14为钢球等的球。这些滚动体14针对每排而通过护圈29保持。内方部件3和外方部件4之间的轴承空间的两端通过密封装置15、16密封。密封装置15、16由比如，安装于外方部件4的内径面上的，密封肋与轮毂圈1和内圈2的外径面接触的接触密封件等构成。
轮毂圈1和外方部件4均在锻造后通过车床加工而制造。轮毂圈1和外方部件4的材质比如，为轴承钢、渗碳素钢或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢。在锻造步骤，对于轮毂圈1和外方部件4，像图2(A)、(B)分别所示的那样，按照规定尺寸切断上述材质的杆材W，将其加热到1100℃左右的温度，进行镦锻、粗成形、终锻成形、和内径冲裁。通过这样的锻造步骤，轮毂圈1加工成图3所示的形状，外方部件4加工成图5所示的形状。在该图中，通过虚线表示轮毂圈1和外方部件4的车床加工后的精加工形状。另外，表示纤维流线F的曲线在该图的剖面中示出。轮毂圈1的精加工形状呈在外径面的轨道面10的外侧连接圆弧状截面形状的密封(シ一ル)接触面17，该密封接触面17与法兰5的侧面保持连续的形状。轨道面10的内侧的外径面部分呈截面为直线状的圆筒面状。外方部件4呈下述的形状，其中，在构成最小直径的圆筒面状部分18的两侧，分别连接截面呈圆弧状的轨道面12、13，连接其直径稍小于从这些轨道面12、13延伸到两端侧的轨道面12、13的最大直径的圆筒面状部分19，20。
轮毂圈1的轨道面10呈在图4中以放大方式示出的形状。外方部件4的轨道面12、13分别呈在图6(A)、(B)中以放大方式示出的形状。像图4所示的那样，轮毂圈1的轨道面10的纤维流线F的角度α在15°或以下，特别是最好在10°或以下。另外，像图6(A)、(B)所示的那样，相对外方部件4的轨道面12、13的纤维流线F的角度α均在15°或以下，特别是最好在10°或以下。
轨道面10、12、13的纤维流线F的角度α按照下述的方式定义。即，在从轨道面10、12、13的曲率产生的底侧的缘部X到肩侧的缘部Y的范围内，从槽曲率中心O到纤维流线F的截面呈现的点通过直线L连接，在该直线L和轨道面10、12、13的交点P引出切线T，各交点P的纤维流线F的切线T1和轨道面10、12、13的上述切线T之间的角度α为相对轨道面的纤维流线的角度α。另外，在轨道面为锥面的场合，代替上述切线T，而采用沿构成轨道面的锥面的截面的直线，即锥面的母线，构成该母线和纤维流线F的切线T1之间的角度。另外，在锥面为隆起形状的场合，隆起曲线的切线为T。
对上述方案的作用进行描述。相对轨道面10、12、13的纤维流线F的角度α和滚动寿命具有相关关系，伴随角度的增加，滚动寿命降低。作为试验、研究的结果，针对轮毂圈1中，纤维流线F的角度α在15°或以下，另外同样在外方部件4中，纤维流线F的角度α也在15°或以下，由此，与过去相比较而判定，轨道面10、12、13的滚动寿命显著提高。另外，这些纤维流线F的角度α在10°或以下，由此判定，各轨道面10、12、13的滚动寿命更进一步地显著提高。此外，使纤维流线F的角度α较小，像上述那样，在轮毂圈的场合在15°或以下，在外方部件4的场合在15°或以下，这可通过使锻造完成后的材料形状极限地接近最终形状的方式实现。在该场合，其结果是，削减轨道面10、12、13的加工余量，谋求材料投入重量的削减和切削加工时间的缩短。
图7(A)表示由杆件切削轨道面的滚动疲劳试验片的试验结果，其表示相对轨道面的纤维流线的角度为0°、15°、30°、45°、90°的各场合的结果。该图7(B)表示上述各试验片和杆件的轴心方向的关系。如果从图7(A)观看滚动寿命比，则相对纤维流线的角度为0°时(理想)的滚动寿命的场合，在纤维流线的角度在15°或以下时，获得基本相同的滚动寿命。
对纤维流线的测定方法进行说明。
1.纤维流线的呈现步骤
(1)通过切割器，沿轴向在1个部位，切断轮毂圈、外圈，制作试样；
(2)在加热到75～80℃的盐酸溶液(盐酸50％+水50％)中，投入试样；
(3)浸渍试样达10～15分钟；
(4)取出试样，进行水洗、干燥、防锈处理。
2.纤维流线的判断
取按照上述步骤呈现的纤维流线的轨道面部的截面照片，按照2～5的倍率，求出从轨道面的底部到肩部的呈现纤维流线的角度。
另外，上述实施例为下述的形式，其中，内圈2压配合于轮毂圈1中，或通过螺栓(图中未示出)固定于该轮毂圈1中，但是，也可像图8(A)所示的那样，通过设置于轮毂圈1的内侧端部的压紧部21，将内圈2固定于轮毂圈1上。另外，也可像图8(B)所示的那样，为从动轮用的车轮用轴承装置。该图的车轮用轴承装置除了轮毂圈1不具有中间孔1a的方面以外，其它的方面与图8(A)的实例相同。
另外，上述各实施例均针对用于第3代的车轮用轴承装置的场合进行了描述，但是，本发明也可用于第2代、第4代的车轮用轴承装置。
图9(A)为第2代外圈旋转型的实例。在该车轮用轴承装置中，在由单独的外圈形成的外方部件30的内周具有多排轨道面31、32，车轮用轴承装置包括内方部件35和滚动体36，该内方部件35具有与上述多排的轨道面31、32面对的轨道面33、34，该滚动体36介于两排的面对的轨道面31、33之间，以及轨道面32、34之间。在内方部件35中具有每排的轨道面33、34的内圈35A、35B并排。在第2代的外圈旋转型的场合，在外方部件30的外周外侧，形成车轮安装法兰5A。在本实例中，相对外方部件30的轨道面31、32的纤维流线(图中未示出)的角度在15°或以下，特别是最好在10°或以下。
图9(B)为第2代内圈旋转型的实例。该车轮用轴承装置包括内方部件45和滚动体46，该内方部件45具有与设置于具有法兰6A的外方部件4A上的多排轨道面41、42面对的轨道面43、44，以及介设于两排面对的轨道面41、43之间、轨道面42、44之间的滚动体46。在内方部件45中，具有每排的轨道面43、44的内圈45A、45B并排。在本实施例中，相对外方部件4A的轨道面41、42的纤维流线(图中未示出)的角度在15°或以下，特别是最好在10°或以下。在第2代的内圈旋转型的场合，一般采用的方式是，内圈45A、45B与具有图中未示出的车轮安装法兰的轮毂圈的外周嵌合。
图10为适合于第4代的车轮用轴承装置的实例。在该车轮用轴承装置中，通过具有车轮安装用的法兰5B的轮毂圈1B，以及轴部51a嵌合于该轮毂圈1B的内周的等速接头外圈51，构成内方部件52，在轮毂圈1B和等速接头外圈51上形成轨道面53、54。在外方部件4B的外周，具有车体的安装用的法兰6B，在其内周上，形成与上述各轨道面53、54面对的轨道面55、56。在面对的各轨道面53、55之间和轨道面54、56之间，介设滚动体57。在本实施例中，相对外方部件4B的轨道面55、56的纤维流体(图中未示出)的角度在15°或以下。另外，相对轮毂圈1B的轨道面53的纤维流线(图中未示出)的角度在10°或以下。另外，在相对轮毂圈1B的轨道面53的纤维流线(图中未示出)的角度可在15°或以下，另外，特别是最好，相对外方部件4B的轨道面55、56的纤维流线(图中未示出)的角度在10°或以下。
另外，在上述各实施例均为滚珠型的车轮用轴承装置，但是，也可用于圆锥滚子轴承型的车辆用轴承装置。
此外，在本发明中，相对轨道面的纤维流线的角度在15°或以下的必要条件，以及在10°或以下的必要条件均可实质上在全周满足。

Claims (10)

1. 一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的外周具有法兰，在其内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方部件的轨道面面对的多排的轨道面；介设于上述两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于：
内方部件具有形成1个轨道面和车轮安装法兰的轮毂圈，相对该轮毂圈的上述轨道面、以及外方部件的上述轨道面中的至少一者的轨道面的纤维流线的角度在15°或以下。
2. 一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方部件的轨道面面对的多排的轨道面；介设于上述两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于：
内方部件具有形成1个轨道面和车轮安装法兰的轮毂圈，相对该轮毂圈的上述轨道面的纤维流线的角度在15°或以下。
3. 一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外方部件，在该外方部件的外周具有法兰，在其内周形成多排轨道面；内方部件，该内方部件形成与上述外方部件的轨道面面对的多排的轨道面；介设于上述两轨道面之间的多排滚动体；外方部件和内方部件之间的两端的密封装置，该车轮用轴承装置以可旋转的方式将车轮支承于车体上，其特征在于：
相对外方部件的上述轨道面的纤维流线的角度在15°或以下。
4. 根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于内方部件的另一轨道面为与轮毂圈的端部的外周嵌合的内圈。
5. 根据权利要求2所述的车轮用轴承装置，其特征在于内方部件的另一轨道面为与轮毂圈的端部的外周嵌合的内圈。
6. 根据权利要求3所述的车轮用轴承装置，其特征在于内方部件为具有与设置于外方部件上的多排的轨道面面对的各排的轨道面的2个内圈。
7. 根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于上述轮毂圈由轴承钢、渗碳素钢、或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢制成。
8. 根据权利要求2所述的车轮用轴承装置，其特征在于上述轮毂圈由轴承钢、渗碳素钢、或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢制成。
9. 根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于上述外方部件由轴承钢、渗碳素钢、或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢制成。
10. 根据权利要求3所述的车轮用轴承装置，其特征在于上述外方部件由轴承钢、渗碳素钢、或碳含量在0.4～0.8％的范围内的碳素钢制成。
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