CN100436853C - 车轮用轴承装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可实现轻量、紧凑化并且耐久性和可靠性好的车轮用轴承装置及其制造方法。该车轮用轴承装置包括：内侧部件，具有毂轮和内圈，毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且在外周上形成有内侧轨道面和从该内侧轨道面沿轴向延伸的小直径阶梯部，内圈外嵌于该小直径阶梯部；外侧部件，其插入在该内侧部件的外侧；以及双列的滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和内侧部件之间，通过使小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形来形成铆合部，通过该铆合部来固定内圈，在该车轮用轴承装置的制造方法中，在热处理前对内圈的背面侧的外径面的倒角部进行切削加工，并在热处理后对内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工，因此能够除去在前面工序中产生的碰伤，从而能够缓和因在铆合加工中内圈上产生的周向应力所引起的应力集中。

Description

车轮用轴承装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及可相对于悬架装置旋转地支承汽车等的车轮的车轮用轴承装置，特别涉及能够提高与毂轮压配合的内圈的耐久性的车轮用轴承装置及其制造方法。
背景技术
在汽车等车辆的车轮用轴承装置中，有驱动轮用轴承和从动轮用轴承。特别地，可相对于汽车的悬架装置旋转地支承车轮的车轮用轴承装置，正在朝低成本化以及用于提高燃料使用率的轻量、紧凑化方向发展。作为其现有结构的代表性的一例，公知有如图6所示的从动轮用的所谓第三代的车轮用轴承装置。
该车轮用轴承装置，包括毂轮51、内圈52、外圈53以及双列的滚动体54、54。毂轮51在其一端部一体地具有用于安装车轮(未图示)的车轮安装凸缘55，在毂轮51的外周上形成有内侧轨道面51a以及从该内侧轨道面51a沿轴向延伸的小直径阶梯部51b。另外，在车轮安装凸缘55的圆周的等距离位置上设置有用于固定车轮的轮毂螺栓56。在毂轮51的小直径阶梯部51b上压配合有内圈52，该内圈52在外周上形成有内侧轨道面52a。另外，通过使毂轮51的小直径阶梯部51b的端部朝径向外侧发生塑性变形来形成铆合部51c，通过该铆合部51c可防止内圈52相对于毂轮51沿轴向脱落。
外圈53在外周一体地具有车体安装凸缘53b，在内周上形成有双列的外侧轨道面53a、53a。在该双列的外侧轨道面53a、53a和与其对置的内侧轨道面51a、52a之间可自由滚动地容纳有双列的滚动体54、54。
毂轮51通过对含碳量为0.40～0.80重量％的碳素钢的材料实施锻造而一体成型，通过高频淬火等对从用斜方格表示的部分即车轮安装凸缘55的基部到内侧轨道面51a和小直径部51b进行表面硬化处理。另外，铆合部51c则保持锻造后的未对材料表面硬度进行加工的状态。另一方面，内圈52由SUJ2等高碳铬轴承钢等高碳钢制成，该内圈52被实施直至芯部的淬火硬化。
这样，能够实现成本低、且具有足够的耐久性的车轮用轴承装置，其可防止在铆合部51c上产生龟裂等损伤，并且能够防止通过该铆合部51c固定在毂轮51上的内圈52的直径产生妨碍实际使用的程度的变化。另外，能够降低该内圈52在其固定作业中受损的可能性，并可将预压保持为适当值，而且，由于减少了部件数量、部件加工、组装步骤，因此还能够降低成本。
专利文献1：日本专利公报特开平11-129703号
在这种现有的车轮用轴承装置中，能够防止这样的情况：在铆合作业中，有可影响预压或疲劳寿命等耐久性作用的程度的、使内圈52的直径发生较大变形的力作用于该内圈。然而，在使小直径阶梯部51b的端部朝径向外侧发生塑性变形来形成铆合部51c的情况下，由于小直径阶梯部51b中的铆合部51c附近也沿径向发生塑性变形，因此使得内圈52内径变大，从而在内圈52上产生周向应力。
内圈52通常从内侧轨道面52a开始对与毂轮51的小直径阶梯部51b嵌合的内径面、与毂轮51的阶梯部51d接触的正面侧的端面和背面侧的端面、以及安装有密封件的外径面等进行磨削加工来确保精度，而背面侧的外径面倒角部57则保持在热处理前通过旋转加工而形成的加工状态。该外径面倒角部57是为了防止因在制造过程中的碰伤而产生缺陷或处理方面的危险而设置的，但是由于其表面为热处理前的低硬度，因而实际上无法避免微小的碰伤。
通过在上述内圈52上产生的周向应力，如果在背面侧的外径面倒角部57上产生微小的碰伤，则会加剧应力集中，因而可能以该碰伤为起点在内圈52上产生裂纹，从而导致耐久性显著降低。
发明内容
本发明是鉴于上述现有问题而提出，其目的在于提供能够实现轻量、紧凑化、并且耐久性和可靠性好的车轮用轴承装置及其制造方法。
为了实现所述目的，本发明第一方面为一种车轮用轴承装置，其包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，所述内圈的背面侧的外径面倒角部由在热处理前经过切削加工、并在热处理后进行了再加工的切削面形成。
这样，由于内圈的背面侧的外径面倒角部由在热处理后进行了加工的切削面形成，因此能够完全除去在前面工序中产生的背面侧的外径面倒角部的碰伤。因此，能够使借助于在铆合加工时内圈上产生的周向应力由于外径面倒角部的碰伤而引起的应力集中均匀地分散而缓和，从而不会产生以下情况：以该碰伤为起点在内圈上产生裂纹，从而损害耐久性。因此能够提供可实现装置的轻量、紧凑化并且耐久性和可靠性好的车轮用轴承装置。
本发明第二方面，在所述毂轮的外周上直接形成有内侧轨道面，通过高频淬火对从所述车轮安装凸缘的基部到所述内侧轨道面和小直径阶梯部进行硬化处理，以使表面硬度达到54～64HRC的范围，所述铆合部为锻造后的、材料表面硬度小于等于24HRC的未淬火部，并且伴随在所述小直径阶梯部的端部的塑性加工而在所述内圈上产生的周向应力限制成小于等于300Mpa，因此能够提高毂轮的强度和耐久性，能够防止在铆合部上产生龟裂等损伤。另外，能够防止通过该铆合部而固定于毂轮的内圈的直径产生妨碍实际使用的变形，能够降低该内圈因伴随其固定作业所产生的周向应力而受损的可能性，并且能够将预压保持为适当值，而且，由于减少了部件数量、部件加工、组装步骤，因此能够降低成本。
本发明第三方面为一种车轮用轴承装置的制造方法，所述车轮用轴承装置包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，在热处理前对所述内圈的背面侧的外径面的倒角部进行切削加工，并在热处理后对所述内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工，因此，能够使借助于在铆合加工时在内圈上产生的周向应力因在前面工序中产生的外径面倒角部的碰伤而引起应力集中均匀地分散而缓和，从而能够提高内圈的强度、耐久性。
本发明第四方面，由于在热处理后通过淬火钢切削工具对所述内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工，因此能够在不受热处理变形的影响的情况下实施高精度的面倒角部的加工。
本发明第五方面，由于通过砂轮同时对所述内圈的背面侧的外径面倒角部和所述内圈的至少大直径侧外径面进行再切削加工，因此能够在不受热处理变形的影响的情况下实施更高精度的面倒角部的加工，并且能使外径面和面倒角部的连接部分无边缘地平滑地形成，从而能够缓和边缘部的应力集中。
理想的是，如本发明第六方面所述，由于通过砂轮同时对所述内圈的背面侧的外径面倒角部和所述内圈的正面侧端面以及内侧轨道面进行再切削加工，因此能够提高加工精度，并可减少加工工时，从而进一步降低成本。
本发明的车轮用轴承装置，其包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，所述内圈的背面侧的外径面倒角部由在热处理后进行了加工的切削面形成，因此能够完全除去在前面工序中产生的背面侧的外径面倒角部的碰伤，从而能够使借助于在铆合加工时在内圈上产生的周向应力由于外径面倒角部的碰伤而引起的应力集中均匀地分散而缓和，从而不会出现以下情况：以该碰伤为起点在内圈上产生裂纹，从而损害了耐久性。因此能够提供实现了装置的轻量、紧凑化并且耐久性和可靠性好的车轮用轴承装置。
另外，本发明的车轮用轴承装置的制造方法，所述车轮用轴承装置包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，在热处理后对所述内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工，因此，能够使因在前面工序中产生的外径面倒角部的碰伤而引起的应力集中均匀地分散而缓和，从而能够提高内圈的强度、耐久性。
附图说明
图1是表示本发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向剖面图。
图2是图1中的主要部分的放大图。
图3是表示本发明的外径面倒角部的再切削加工的方法的说明图。
图4是表示上述外径面倒角部的其他再切削加工的方法的说明图。
图5是表示本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向剖面图。
图6是表示现有的车轮用轴承装置的纵向剖面图。
标号说明
1：内侧部件；2、21：毂轮；2a、3a、3a’：内侧轨道面；2b：小直径阶梯部；2c：铆合部；3、3’：内圈；4：车轮安装凸缘；5：轮毂螺栓；6：滚动体；7：保持器；8、9：密封件；10：外侧部件；10a：外侧轨道面；10b：车体安装凸缘；11：背面侧的外径面倒角部；12：小直径端部；13：卡盘；14：切削工具；15：超硬刀头；16：正面侧端面；17：大直径侧的外径面；18：背面侧端面；19：支承板；20：砂轮；22：细齿；51：毂轮；51a、52a：内侧轨道面；51b：小直径阶梯部；51c：铆合部；51d：台阶部；52：内圈；53：外圈；53a：外侧轨道面53b：车体安装凸缘；54：滚动体；55：车轮安装凸缘56：轮毂螺栓；57：背面侧的外径面倒角部。
具体实施方式
一种车轮用轴承装置，包括：内侧部件，该内侧部件具有毂轮和内圈，毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且在外周上形成有内侧轨道面和从该内侧轨道面沿轴向延伸的小直径阶梯部，外圈外嵌在该小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列的滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，所述铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，在所述车轮用轴承装置中，所述内圈的背面侧的外径面倒角部由在热处理后进行了加工的切削面形成。
实施例1
下面，根据附图对本发明实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向剖面图，图2是图1中的主要部分的放大图。另外，在以下的说明中将在组装于车辆的状态下靠近车辆外侧的一侧称为外装侧(图中左侧)，将靠近中央的一侧称为内装侧(图中右侧)。
该车轮用轴承装置具有：内侧部件1、外侧部件10、以及可自由滚动地容纳在两个部件1、10之间的双列滚动体(球)6、6。内侧部件1由毂轮2以及外嵌于该毂轮2的另设的内圈3构成。毂轮2在外装侧的端部一体地具有用于安装车轮(未图示)的车轮安装凸缘4，在该车轮安装凸缘4的圆周的等距离位置上设置有用于固定车轮的轮毂螺栓5。另外，在毂轮2的外周形成有内侧轨道面2a和从该内侧轨道面2a沿轴向延伸的小直径阶梯部2b。另外，在外周形成有内侧轨道面3a的内圈3压配合于该小直径阶梯部2b，并且，铆合部(caulked potion)2c是通过使小直径阶梯部2b的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成的，通过该铆合部2c，可防止内圈3相对于毂轮2沿轴向脱落。在本实施方式中，通过采用这样的自保持结构，由于不需要像以往那样通过螺母等进行结实的紧固来控制预压量，因而能够提高组装到车辆上的简便性，并且能够长时间保持该预压量。
外侧部件10在外周上一体地具有用于安装到车体(未图示)上的车体安装凸缘10b，在外侧部件10的内周上形成有双列的外侧轨道面10a、10a。并且，各轨道面10a、2a和10a、3a之间容纳有双列的滚动体6、6，通过保持器7、7，所述双列的滚动体6、6被可自由滚动地保持。另外，在外侧部件10的端部上安装有密封装置8、9，以防止封入轴承内部的润滑脂泄漏，并防止来自外部的雨水或灰尘等侵入。
这里，对在毂轮2的外周上直接形成有内侧轨道面2a的所谓第三代车轮用轴承装置进行了例示，但是本发明的车轮用轴承装置并不限定于这种结构，例如也可以是在毂轮的小直径阶梯部上压配合一对内圈的第一代或第二代结构。另外，对滚动体6、6为球的双列角接触球轴承进了例示，但不限于此，也可以是滚动体使用圆锥滚子的双列圆锥滚子轴承。
毂轮2由S53C等含碳量为0.40～0.80重量％的中碳钢形成，通过高频淬火来对外装侧的内侧轨道面2a、与密封装置8滑动接触的密封部座、以及小直径阶梯部2b实施表面硬化处理以使表面硬度达到54～64HRC的范围。另外，铆合部2c为锻造后的、材料表面硬度小于等于24HRC的未淬火部。另一方面，内圈3由SUJ2等高碳铬轴承钢制成，并通过深度淬火实施直至芯部的硬化处理，以使硬度达到54～64HRC的范围。这里，适当地设定内圈3和铆合部2c的厚度和铆合载荷，以便将产生于内圈3的周向应力限制成小于等于300MPa。
由此，能够提高毂轮2的强度、耐久性，并能够防止在铆合部2c上产生龟裂等损伤，不仅如此，还能够避免通过铆合部2c固定在毂轮2上的内圈3的直径产生妨碍实际使用的程度的变形，并降低了该内圈3因随着其固定作业所产生的周向应力而受损的可能性，并且能够将预压保持为适当值，另外，由于减少了部件数量、部件加工、组装步骤，还能够实现成本的降低。
另外，外侧部件10由S53C等含碳量为0.40～0.80重量％的中碳钢形成，并通过高频淬火对双列的外侧轨道面10a、10a、与密封装置8、9嵌合的端部内径面实施硬化处理，以使表面硬度达到54～64HRC的范围。
如图2所示，在本实施方式中，内圈3的背面侧的外径面倒角部11，由在热处理后实施了加工的淬火钢切削面形成。即，内圈3的面倒角部等被实施了切削加工，并在经过热处理后对预定部位进行磨削加工，但是在该磨削加工前仅对背面侧的外径面倒角部11进行再切削加工。另外，虽然再切削加工也可以在磨削加工后，但是由于在面倒角部11的切削加工工序中可能对内侧轨道面3a等产生碰伤，因而优选在磨削加工前进行。
图3是表示该再切削加工的方法的说明图。热处理后的内圈3’，使正面侧的端面16与卡盘13抵接以作为加工基准面，在保持其小直径端部12的状态下赋予旋转，通过切削工具14对其背面侧的外径面倒角部11进行切削加工。这里，切削工具14使用的是接合有预先形成为所希望的形状、尺寸的超硬刀头15的工具。另外，也可以通过切削工具动作的NC切削加工成所希望的面倒角形状。另外，工具进给量设定成：通过对作为密封座面的大直径侧的外径面17和背面侧的端面18的磨削加工，使得面倒角部11最终在轴向和径向上都在1～3mm的范围内。
此外，还有在内侧轨道面3a等的磨削加工时同时对面倒角部11进行磨削加工的方法。如图4所示，上述方法为这样的方法：将热处理后的内圈3’的背面侧的端面18按压在磨床的支承板19上以作为加工基准面，使用一个砂轮20对正面侧的端面16、内侧轨道面3a、大直径侧外径面17以及面倒角部11同时进行磨削。
具体而言，通过支承板19对背面侧端面18进行磁性吸附，并赋予旋转，并且，在使砂轮20与内圈3’向相同方向旋转的状态下，以预定的倾斜角度进入，通过切入磨削对内圈3’的各部位进行磨削加工。由此，能够减少加工工时，并能够在各加工面与砂轮20之间获得所希望的相对圆周速度，从而能够确保高精度的磨削面。另外，通过这样的同时磨削，例如由于外径面17和面倒角部11的连接部无边缘地平滑地形成，因此能够缓和在边缘部的应力集中。
在本实施方式中，由于在热处理后通过切削工具14或者砂轮20对内圈3的背面侧的外径面倒角部11进行再切削加工，因此能够完全除去在前面工序中产生的背面侧的外径面倒角部的碰伤。因此，能够使因外径面倒角部11的碰伤而出现的应力集中均匀地分散而缓和，因而不会出现这样的情况：以该碰伤为起点在内圈3上产生裂纹，使得耐久性受损。
实施例2
图5是表示本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向剖面图。该实施方式将本发明的车轮用轴承装置应用于驱动轮侧，对于与上述第一实施方式相同的部件、相同部位赋予相同的标号，并省略其详细说明。
毂轮21在外装侧的端部一体地具有用于安装车轮(未图示)的车轮安装凸缘4，该毂轮21在外周形成有内侧轨道面2a以及从该内侧轨道面2a沿轴向延伸的小直径阶梯部2b，在毂轮21的内周形成有细齿(或花键)22，细齿22与未图示的等速万向节的外侧接头部件嵌合。并且，内圈3压配合在小直径阶梯部2b上，铆合部2c是通过使该小直径阶梯部2b的端部沿径向产生塑性变形而形成的，通过该铆合部2c，可防止内圈3相对于毂轮21沿轴向脱落。
与前述实施方式一样，由于是在热处理后对内圈3的背面侧的外径面倒角部11进行再切削加工，因此能够完全除去在前面工序产生的背面侧的外径面倒角部的碰伤。由此，即使在铆合加工中在内圈3产生周向应力，也能够防止因外径面倒角部11的碰伤而引起的应力集中，从而能够确保内圈3的耐久性并提高可靠性。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于所述实施方式，而仅仅作为示例进行表示，在不脱离本发明要点的范围内可以通过多种方式来实施，本发明的范围由权利要求示出，并包含于权利要求中所述的意义和范围等同的所有变更。
本发明的车轮用轴承装置可应用于这样的第一代至第三代的具有自保持结构的车轮用轴承装置：在毂轮的小直径阶梯部上压配合有内圈，通过使小直径阶梯部的端部产生塑性变形来形成铆合部，通过该铆合部来固定内圈的。

Claims (6)

1.一种车轮用轴承装置，其包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，所述车轮用轴承装置的特征在于，
所述内圈的背面侧的外径面倒角部由在热处理前经过切削加工、并在热处理后进行了再加工的切削面形成。
2.根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，
在所述毂轮的外周上直接形成有内侧轨道面，通过高频淬火对从所述车轮安装凸缘的基部到所述内侧轨道面和小直径阶梯部进行硬化处理，以使表面硬度达到54～64HRC的范围，所述铆合部为锻造后的、材料表面硬度小于等于24HRC的未淬火部，并且伴随在所述小直径阶梯部的端部的塑性加工而在所述内圈上产生的周向应力限制成小于等于300MPa。
3.一种车轮用轴承装置的制造方法，所述车轮用轴承装置包括：内侧部件，其具有毂轮和内圈，所述毂轮在一端部一体地具有车轮安装凸缘，并且所述毂轮上形成有从该车轮安装凸缘沿轴向延伸的小直径阶梯部，所述内圈外嵌在该毂轮的小直径阶梯部上；外侧部件，其插在该内侧部件的外侧；以及双列滚动体，它们可自由滚动地容纳于该外侧部件和所述内侧部件之间，铆合部通过使所述小直径阶梯部的端部朝径向外侧产生塑性变形而形成，通过所述铆合部来固定所述内圈，所述车轮用轴承装置的制造方法的特征在于，
在热处理前对所述内圈的背面侧的外径面的倒角部进行切削加工，并在热处理后对所述内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工。
4.根据权利要求3所述的车轮用轴承装置的制造方法，其特征在于，
在热处理后通过淬火钢切削工具对所述内圈的背面侧的外径面倒角部进行再切削加工。
5.根据权利要求3所述的车轮用轴承装置的制造方法，其特征在于，
通过砂轮同时对所述内圈的背面侧的外径面倒角部和所述内圈的至少大直径侧外径面进行再切削加工。
6.根据权利要求5所述的车轮用轴承装置的制造方法，其特征在于，
通过砂轮同时对所述内圈的背面侧的外径面倒角部和所述内圈的正面侧端面以及内侧轨道面进行再切削加工。
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