CN100523534C - 用于车轮的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车轮的轴承装置。【问题】该轴承装置可通过使内环在卷边作用下的推入量最优而确保轴承本身的刚度和强度，还确保指定的轴向力和卷边部的强度。【解决问题的手段】在该用于车轮的轴承装置中，内环(3)压配至毂轮(2)的小直径阶梯部(2b)，以将内环(3)在保持于卷边部(2c)与形成在毂轮(2)上的阶梯部(11)之间的状态下固定于毂轮(2)，卷边部通过使小直径阶梯部的端部沿径向向外的方向塑性变形而形成。内环(3)的抵接部(3c)的厚度(e)设定在内环(3)的内径(d)的5至20%的范围内。因此，可通过使内环在卷边作用下的推入量最优而确保轴承本身的刚度和强度，并确保指定的轴向力和轴承装置的卷边部的强度。

Description

用于车轮的轴承装置
技术领域
本发明涉及一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置用于相对于悬架系统可旋转地支撑车轮，更具体地涉及一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置使得由敛缝过程(caulking process)引起的内环轴向变形量最优化，因此可以确保轴向力和紧固强度，从而改善该轴承装置的强度和刚度。
背景技术
存在两种类型的用于车轮的轴承装置，例如，用于主动轮和从动轮的轴承装置，并且已经取得了在降低制造成本和为改善燃料消耗而减小重量和尺寸的方面的改进。图4中示出了这种现有技术的轴承装置的一个代表性示例。
图4中的车轮的轴承装置是所谓的第三代类型，其具有轴向构件(毂轮)51、内环52、外环53以及双列滚动元件(滚珠)54、54。轴向构件51在其一端处与其一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装凸缘55、形成在其外周表面上的内滚道表面51a、以及从内滚道表面51a轴向延伸的柱形部分51b。
内环52压配在轴向构件51的柱形部分51b上，并且在其外周表面上形成有内滚道表面52a。通过使毂轮51的柱形部分51b的端部径向向外地变形而形成的敛缝部51c，来防止内环52从毂轮51的柱形部分51b轴向滑落。
外环53具有与其一体形成的车体安装凸缘53b和形成在内周表面上的双列外滚道表面53a、53a。双列滚动元件54、54可自由滚动地容纳在双列外滚道表面53a、53a和与外滚道表面53a、53a相对布置的内滚道表面51a、52a之间。
形成敛缝部51c的柱形突起56(如图4中假想线所示)的厚度在其被径向向外地敛缝之前朝向其顶端逐渐减小。从而挤压内环的较大端面52b的敛缝部51c的厚度也朝向其顶端逐渐减小。
因为通过使用敛缝冲头使柱形突起56的顶端塑性变形可以形成敛缝部51c，所以不需要任何额外的压力。从而，可以防止在敛缝过程中在敛缝部51c内产生裂缝或损伤，并且可以防止内环52的内径过度扩大，内径过度扩大会影响预压力和滚动疲劳中的耐久性。
(参见日本专利申请特开第272903/1998号公报)
为了提高轴承装置的刚度和强度，需要确保施加到内环52上的轴向力(压力)。尽管敛缝过程产生的轴向力根据轴承装置的型式(version)而不同，但是需要设定内环52的轴向变形位移量以确保预定的轴向力。
传统上，根据敛缝冲头的轴向位移量来控制敛缝量，而且已发现，即使敛缝冲头的轴向位移保持为不变量，由于毂轮51的尺寸变化所引起的敛缝量变化也会引起内环52的轴向变形量的变化。从而，尽管优选的是考虑到可以确保预定轴向力的内环轴向变形量和敛缝量的变化量来设定内环52的轴向变形量的范围，但是由于还没有建立设定内环52的轴向变形量的显而易见的方法，所以根据轴承装置的型式执行敛缝测试也不能有助于设定内环52的轴向变形量。
在内环52的轴向变形量的极限小于预定值时，尽管内环52被牢固地(strongly)敛缝，内环52也不能发生轴向变形，同时只减少毂轮51的敛缝部51c的厚度，因此也减少了敛缝部的强度。相反地，在敛缝负荷大于预定的敛缝负荷的情况下进行敛缝时，可以略微增加内环52的轴向变形量，然而，过大的负荷会引起敛缝冲头的过早磨损或裂缝，因此会极大地降低工作效率。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置使得由敛缝过程引起的内环轴向变形量最优化，因此可以确保轴向力和紧固强度，从而改善该轴承装置的强度和刚性。
解决问题的手段
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置包括：外构件，该外构件在其内周表面上形成有双列外滚道表面；内构件，该内构件包括毂轮和内环，所述毂轮具有在其一端处与其一体形成的车轮安装凸缘和从该车轮安装凸缘轴向延伸的柱形部分，所述内环压配在所述柱形部分上并在其外周表面上形成有与所述双列外滚道表面之一相对布置的双列内滚道表面中的一个内滚道表面；双列滚动元件，所述双列滚动元件由保持器(cage)可自由滚动地容纳并保持在所述外构件的所述双列外滚道表面与所述内构件的所述双列内滚道表面之间；并且其中，所述内环的位于外侧(outboard side)的端面适于与形成在所述毂轮上的阶梯部抵接，并且所述内环固定在所述毂轮上，并被夹持在通过使所述毂轮的所述柱形部分的在内侧(inboardside)处的端部径向向外地塑性变形而形成的敛缝部与所述毂轮的所述阶梯部之间，所述轴承装置的特征在于：所述内环的待与所述阶梯部抵接的位于所述外侧处的端部的厚度相对于所述内环的内径的比率限定为小于等于预定值。
在所谓的自保持结构的用于车轮的轴承装置中，其中所述内环压配在所述毂轮的所述柱形部分上，并且通过使所述毂轮的所述柱形部分的端部径向向外地塑性变形而形成的所述敛缝部来相对于所述毂轮轴向固定所述内环，因为所述内环的待与所述阶梯部抵接的位于所述外侧处的端部的厚度相对于所述内环的内径的比率限定为小于等于预定值，所以可以获得期望的轴向力和所述敛缝部的强度，同时可以防止敛缝冲头产生过早磨损和裂缝。
优选的是，如第二方面所限定的那样，可以将所述内环的待抵接的所述端部的厚度相对于该内环的内径的所述比率设定为小于等于0.20。这使得不仅可以确保期望的轴向力和所述敛缝部的强度，而且可以减少次品率，并且可以延长诸如夹具等的工具的使用寿命。
另外优选的是，如第三方面所限定的那样，可以将所述内环的待抵接的所述端部的厚度相对于该内环的内径的所述比率设定为大于等于0.05。这防止了过多地减少所述内环的较小端部的平端面面积以及其轴承压力，从而确保所述内环的刚度。
根据本发明的第四方面，所述毂轮由包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成；所述一个内滚道表面直接形成在所述毂轮的所述外周表面上；所述毂轮的所述外周表面在从所述内滚道表面到所述柱形部分的区域内通过高频感应淬火进行硬化从而具有58～64HRC的表面硬度；保留所述敛缝部作为未淬火部分，使之在锻造后具有小于25HRC的表面硬度；并且所述内环由高碳铬轴承钢制成，并通过液浸淬火而硬化至其芯部，从而具有58～64HRC的表面硬度。这使得可以防止在敛缝过程中在所述敛缝部中产生裂缝或损坏，并且防止所述内环的内径的过度扩大，内径过度扩大会影响预压力和滚动疲劳的耐久性。
发明效果
本发明的用于车轮的轴承装置包括：外构件，该外构件在其内周表面上形成有双列外滚道表面；内构件，该内构件包括毂轮和内环，所述毂轮具有在其一端处与其一体形成的车轮安装凸缘和从该车轮安装凸缘轴向延伸的柱形部分，所述内环压配在所述柱形部分上并在其外周表面上形成有与所述双列外滚道表面之一相对布置的双列内滚道表面中的一个内滚道表面；双列滚动元件，所述双列滚动元件由保持器可自由滚动地容纳并保持在所述外构件的所述双列外滚道表面与所述内构件的所述双列内滚道表面之间；并且其中，所述内环的位于外侧处的端面适于与形成在所述毂轮上的阶梯部抵接，并且所述内环固定在所述毂轮上，并被夹持在通过使所述毂轮的所述柱形部分的在内侧处的端部径向向外地塑性变形而形成的敛缝部与所述毂轮的所述阶梯部之间，所述轴承装置的特征在于：所述内环的待与所述阶梯部抵接的位于所述外侧处的端部的厚度相对于所述内环的内径的比率限定为小于等于预定值。因此，可以获得期望的轴向力和所述敛缝部的强度，同时可以防止敛缝冲头产生过早磨损和裂缝。
本发明的最佳实施方式
本发明的最佳实施方式在于一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置包括：外构件，该外构件在其外周表面上一体形成有车体安装凸缘，而且还在其内周表面上形成有双列外滚道表面；内构件，该内构件包括毂轮和内环，所述毂轮具有在其一端处与其一体形成的车轮安装凸缘和从该车轮安装凸缘轴向延伸的柱形部分，所述内环压配在所述柱形部分上并在其外周表面上形成有与所述双列外滚道表面之一相对布置的双列内滚道表面中的一个内滚道表面；双列滚动元件，所述双列滚动元件由保持器可自由滚动地容纳并保持在所述外构件的所述双列外滚道表面与所述内构件的所述双列内滚道表面之间；并且其中，所述内环的位于所述外侧处的端面适于与形成在所述毂轮上的阶梯部抵接，并且所述内环固定在所述毂轮上，并被夹持在通过使所述毂轮的所述柱形部分的在内侧处的端部径向向外地塑性变形而形成的敛缝部与所述毂轮的所述阶梯部之间，所述轴承装置的特征在于：所述内环的待与所述阶梯部抵接的位于所述外侧处的端部的厚度相对于所述内环的内径的比率限定为小于等于预定值。
附图说明
结合附图从下面的说明和所附的权利要求中将清楚本发明的附加优点和特征，附图中：
图1是表示本发明的用于车轮的轴承装置的第一实施例的纵向剖视图；
图2是表示内环的尺寸比率与为确保期望的轴向力所需的内环轴向变形量之间的关系的图表；
图3是表示内环的尺寸比率与内环轴向变形量的极限之间的关系的图表；以及
图4是表示现有技术的用于车轮的轴承装置的纵向剖视图。
具体实施方式
优选实施例
下面参照附图详细描述本发明的一个优选实施例。
图1表示本发明的用于车轮的轴承装置的第一实施例。在下面的描述中，装置的术语“外侧”表示在轴承装置安装到车体上时位于车体外部(左手侧)的一侧，而装置的术语“内侧”表示在轴承装置安装到车体上时位于车体内部(右手侧)的一侧。
所述的用于车轮的轴承装置是位于从动轮侧的所谓的第三代类型，其包括内构件1、外构件10以及可自由滚动地保持在内构件1和外构件10之间的双列滚动元件(滚珠)6、6。内构件1包括毂轮2和通过预定的干涉压配到毂轮2上的内环3。
毂轮2在其位于外侧端部的外围表面上一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装凸缘4。沿着凸缘4的周边等距离地布置有用于将车轮固定在凸缘4上的毂螺栓5。毂轮2还在其外周表面上形成有一个外侧的内滚道表面2a，并且具有通过阶梯部(肩部)11从内滚道表面2a轴向延伸的柱形部分2b。内环3被压配在柱形部分2b上，并在其外周表面上形成有另一内侧的内滑道表面3a。
通过使柱形部分2b(柱形突起)的端部径向向外地塑性变形，同时保持内环3的较小端面3c抵接毂轮2的阶梯部11而形成敛缝部2c。因此内环3相对于毂轮2固定，并被夹持在毂轮2的敛缝部2c和阶梯部11之间。敛缝部2c可以塑性变形，以与内环3的内侧轮廓紧密接触，从而可以确保内环3上的期望的轴向力，以挤压内环3的较大端面3b。
外构件10在其外周表面上一体形成有待安装到车体(未示出)上的车体安装凸缘10b，而且在其内周表面上还形成有双列外滚道表面10a、10a。双列滚动元件6、6由保持器7、7可自由滚动地保持在外滚道表面10a、10a与内滚道表面2a、3a之间。在外构件10的端部上布置有密封件8、9以防止轴承内含有的润滑油脂泄漏，同时也防止雨水或灰尘从外部进入。
尽管所述的轴承装置是所谓的第三代类型，其中内滚道表面2a直接形成在毂轮2的外周表面上，但是本发明并不局限于此，并且可以应用于第一代和第二代类型，在这两种类型中，一对内环压配在毂轮的柱形部分上。另外，尽管所述的轴承装置使用双列径向滚珠轴承，但本发明也可以应用于其它的轴承，例如使用锥形滚子作为滚动元件的双列锥形滚动轴承。另外，本发明也可以应用于用于车辆主动轮的轴承装置，在该轴承装置中，毂轮形成有用于供插入等速万向接头的杆轴(stem shaft)的通孔。
毂轮2由包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢(如S53C)制成，并且在外侧的内滚道表面2a、与密封件8接触的密封抵接部(seal landportion)、以及轴向延伸的柱形部分2b处(由网纹线示出)通过高频感应淬火进行硬化而具有58～64HRC的表面硬度。保留敛缝部2c作为未淬火部分，其在锻造后具有小于25HRC的表面硬度。内环3由高碳铬轴承钢(如SUJ2)制成，并通过液浸淬火硬化至其芯部从而具有58～64HRC的表面硬度。
与毂轮2相同，外构件10由包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢(如S53C)制成，并且其双列外滚道表面10a、10a通过高频感应淬火进行硬化而具有58～64HRC的表面硬度。
本申请人已注意到内环3的轴向变形量和刚度之间的关系，也就是内环3的轴向变形量和形状/尺寸之间的关系，并且制造了几种型式的内环试样来进行敛缝测试。结果发现，如图2所示，在待与阶梯部11抵接的端部(即，在内环3外侧的较小端部3c)的厚度“e”相对于内径“d”的比率“α”(下文称为“内环的尺寸比率”)与确保必需轴向力的内环3的轴向变形量“δO”之间存在恒定的相关性。从图2可以看出，通过将内环的尺寸比率“α”设定为小于等于0.20，可以确定确保必需轴向力(这里设定为20kN)的内环的轴向变形量“δO”(其下极限值为6～7um)。
另一方面，即使敛缝冲头的轴向位移量设定为常值，由于在敛缝过程之前毂轮2和内环3的尺寸精确度的变化分散(disperse)了敛缝量，因此内环3的变形量也会变化。从测试的结果已经发现，必须预先考虑至少10μm的波动值。从而通过使内环轴向变形量“δO”加上内环轴向变形量的波动值(10μm)来设定内环轴向变形量的极限“δ”，以确保上述必需的轴向力。图3表示了内环轴向变形量的极限“δ”与内环的尺寸比率“α”之间的关系。
根据本发明，基于内环轴向变形量的极限“δ”与内环的尺寸比率“α”之间的关系，可以容易地从内环3的尺寸确定敛缝过程中的内环轴向变形量的极限“δ”。因此，可以获得期望的轴向力和敛缝部2c的强度，并且防止敛缝冲头产生过早磨损和裂缝。
根据本发明，在内环的尺寸比率“α”设定为小于等于0.20时，不仅可以确保期望的轴向力和敛缝部2c的强度，而且可以减少次品率并且延长诸如夹具等的工具的使用寿命。在内环的尺寸比率“α”设定为小于等于0.05时，恐怕就会过多地减小内环3的抵接端部的厚度“e”以及其平面面积，并且会过多地增加轴承压力。因此，根据本发明可以提供一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置使得由敛缝过程引起的内环轴向变形量最优化，并且因此可以通过将内环的尺寸比率“α”设定在0.05～0.20的范围内而确保轴向力和紧固强度，从而改善该轴承装置的强度和刚度。
工业实用性
本发明的用于车轮的轴承装置可以应用于具有自保持结构的第一代到第三代类型的轴承装置，其中，内环被压配在毂轮的柱形部分上，并由通过使毂轮的柱形部分的端部塑性变形而形成的敛缝部被固定在其上。
已经参照优选实施例描述了本发明。显而易见的是，基于阅读和理解以上的详细描述，本领域的技术人员可以进行修改和替换。本发明旨在理解为包括所有这些替换和修改，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (2)

1.一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：
外构件(10)，该外构件在其内周表面上形成有双列外滚道表面(10a，10a)；
内构件(1)，该内构件包括毂轮(2)和内环(3)，所述毂轮具有在其一端处与其一体形成的车轮安装凸缘(4)和从所述车轮安装凸缘(4)轴向延伸的柱形部分(2b)，所述内环压配在所述柱形部分(2b)上并在其外周表面上形成有与所述双列外滚道表面(10a，10a)之一相对布置的双列内滚道表面(2a，3a)中的一个内滚道表面；
双列滚动元件(6，6)，所述双列滚动元件(6，6)由保持器(7，7)可自由滚动地容纳并保持在所述外构件(10)的所述双列外滚道表面(10a，10a)与所述内构件(1)的所述双列内滚道表面(2a，3a)之间；并且
其中，所述内环(3)的位于外侧的端面适于与形成在所述毂轮(2)上的阶梯部(11)抵接，并且所述内环(3)固定在所述毂轮(2)上，并被夹持在通过使所述毂轮(2)的所述柱形部分(2b)的在内侧处的端部径向向外地塑性变形而形成的敛缝部(2c)与所述毂轮(2)的所述阶梯部(11)之间，所述轴承装置的特征在于：
所述内环(3)的待与所述阶梯部(11)抵接的位于所述外侧处的端部(3c)的厚度(e)相对于所述内环(3)的内径(d)的比率(α)限定为小于等于预定值，
将所述内环(3)的待抵接的所述端部(3c)的厚度(e)相对于该内环的内径(d)的所述比率(α)设定为小于等于0.20，且大于等于0.05。
2.根据权利要求1所述的用于车轮的轴承装置，其特征在于，所述毂轮(2)由包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成；所述一个内滚道表面(2a)直接形成在所述毂轮(2)的所述外周表面上；所述毂轮(2)的所述外周表面在从所述内滚道表面(2a)到所述柱形部分(2b)的区域内通过高频感应淬火进行硬化，从而具有58～64HRC的表面硬度；保留所述敛缝部(2c)作为未淬火部分，使该敛缝部(2c)在锻造后具有小于25HRC的表面硬度；并且所述内环(3)由高碳铬轴承钢制成，并通过液浸淬火硬化至其芯部从而具有58～64HRC的表面硬度。
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