CN101194004A - 轮毂轴承用润滑脂与轮毂轴承 - Google Patents

轮毂轴承用润滑脂与轮毂轴承 Download PDF

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Abstract

本发明提供使使用了机械结构用碳钢的轮毂轴承的耐表面起点型剥离性提高，即使在恶劣的润滑条件下也显示长寿命的轮毂轴承。轮毂轴承用润滑脂含有基油和增稠剂，该基油采用n－d－M环分析法求出的环烷烃碳数在总碳数中所占的比例是32～37％。此外，上述基油是矿物油或矿物油与合成烃油的混合油，上述增稠剂是下述式(1)表示的脲系化合物，并且相对于全部润滑脂含有1～40质量％，向轮毂轴承中封入上述轮毂轴承用润滑脂。(式中，R2表示C6－15的芳香族烃基，R1与R3分别表示选自脂环族烃基与芳香族烃基的至少一种烃基)。

Description

轮毂轴承用润滑脂与轮毂轴承
技术领域
本发明涉及用于旋转自如地支持汽车车轮的轮毂轴承用润滑脂与轮毂轴承。
背景技术
截止到20世纪70年代的汽车用轮毂轴承，将符合ISO标准的2个标准轴承进行排列的设计是主流。到20世纪80年代，为了提高组装性，汽车制造商采用使背面对合轴承的外轮一体化的双列角接触球轴承、或双列圆锥滚子轴承。这些被称作第一代轮毂轴承(GEN1)。由于通过将外轮一体化，轴承组装时将初期轴向间隙设定成适当值，故往汽车上组装时不需要预压调整。此外，还开发了在外轮上设有法兰部的称作第二代轮毂轴承(GEN2)的双列轴承。这是仅采用标准轴承在轻量化或尺寸降低方面存在极限，通过与作为轴承的周边部件的轴(轮毂轮)或联轴套(转向节)进行单元化从而实现了减少部件数和轻量化的结果。通过将向转向节的固定由压入变成螺栓紧固，也容易往车体上装配。此外，第三代轮毂轴承(GEN3)，将轴(轮毂轮)与轴承内轮一体化，减少毛边的同时进一步提高生产线的装配性。最近也开发了将轮毂轴承与等速联轴器一体化的第四代轮毂联轴器(GEN4)。
如前述由于装配的作业性大幅度地提高，不需要压入故可采用对弹簧下重减轻产生的行驶安全性改善或降低燃费有效的轻合金制转向节，故最近GEN2与GEN3的采用在增加。
若着眼于轴承材质，截止到GEN1采用了通常的轴承钢(例如SUJ2)，而对于在外轮上设有法兰的GEN2与GEN3，使用锻造性好且价廉的S53C等机械结构用碳钢。机械结构用碳钢通过对轨道部实施高频热处理，确保了轴承部的滚动疲劳强度。但由于合金成分少，表面强度弱，对表面起点剥离的耐性比轴承钢差。因此，采用与GEN1同样的润滑方法，在使用条件恶劣的场合耐久性差。
对于轮毂轴承用润滑脂的改善，众知通过采用低粘度基油来降低旋转扭矩(参照专利文献1)或赋予除去静电用的导电性(参照专利文献2)，但没有实现关于提高GEN2以后的轮毂轴承的耐表面起点剥离的改善。由于以低燃费或操作稳定性的提高为目的的部件的轻量化，轮毂轴承也不得已降低尺寸，由于面压升高故润滑条件在恶劣化。
另外，将来也有可能采用使用轮内马达的轮胎驱动方式，估计这种场合轮毂轴承部的温度高温化，润滑条件变得恶劣。
专利文献1：特开2003-239999号公报
专利文献2：特开2004-169862号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述问题而完成的研究，其目的在于提供提高使用了机械结构用碳钢的轮毂轴承的耐表面起点型剥离性，在恶劣的润滑条件下也显示出长寿命的轮毂轴承。
用于解决课题的方法
本发明的轮毂轴承用润滑脂是封入到旋转支持汽车车轮的轮毂轴承中的轮毂轴承用润滑脂，该润滑脂的特征在于：含有基油和增稠剂，上述基油采用n-d-M环分析法求出的环烷烃碳数在总碳数中占的比例是32～37％。
其中，n-d-M环分析法是由n(折射率)、d(密度)、M(平均分子量)与硫分浓度按实验式推算油分中的芳香族成分、环烷烃成分、链烷烃成分的方法(ASTM D3238-80)。所谓本发明中的环烷烃碳数，是基油中含有的上述环烷烃成分，即构成环烷烃类烃的碳数。再者，以下把环烷烃碳数的比例记为环烷烃碳量(％)。
其特征在于：上述基油是矿物油、多种矿物油的混合油、或矿物油与合成烃油的混合油。
其特征在于：上述增稠剂是二脲化合物。
其特征在于：上述二脲化合物是下述式(1)表示的化合物，且相对于润滑脂总量含有1～40质量％。
[化1]
Figure S2006800200887D00031
式中，R2表示C6-15的芳香族烃基，R1与R3分别表示选自脂环族烃基与芳香族烃基的至少一种烃基。
本发明的轮毂轴承是具有由机械结构用碳钢制成的滑接部位的轮毂轴承，其特征在于：在该轮毂轴承中封入了上述所述的轮毂轴承用润滑脂。
其中，所谓滑接部位，是指例如在如后述的图1所示的轮毂轴承中，具有轮毂轮与内轮的内方构件、作为外轮的外方构件和存在于两构件间的双列的滚动体的滚动接触部。该滚动接触部也称为轨道部，对该轨道部实施了高频热处理。
另外，在轮毂轴承中将润滑脂封入到由内方构件、外方构件、和密封两构件间且以沿轴向夹持双列滚动体的形式安装的2个密封构件所围成的环状空间。
发明效果
本发明的轮毂轴承用润滑脂，是封入到旋转支持汽车车轮的轮毂轴承中的轮毂轴承用润滑脂，该润滑脂含有基油和增稠剂，并且把基油调整到设定范围的环烷烃碳量。因此，能够抑制汽车用轮毂轴承中的表面起点型剥离，轨道轮使用了机械结构用碳钢的轴承即使润滑条件变得恶劣也能够获得长寿命。
另外，本发明的轮毂轴承，封入了含有基油和增稠剂，并且把基油调整到设定范围的环烷烃碳量的润滑脂。因此，即使轨道轮使用机械结构用碳钢也能够抑制表面起点型剥离，即使润滑条件变得恶劣也能够获得长寿命。
附图说明
图1是轮毂轴承的截面图。
图2是2圆筒试验机的简图。
符号说明
1   轮毂轮
1a  内侧滚行面
1b  小径阶梯部
1c  箍紧部
1d  车轮安装法兰
2   内轮
2a  内侧滚行面
3   外方构件
3a  外侧滚行面
3b  车体安装法兰
4   滚动体
5   内方构件
6   轮毂轴承
7   密封构件
8   密封构件
9a  驱动侧圆筒
9b  从动侧圆筒
10a 驱动侧转速表
10b 从动侧转速表
11a 驱动侧滑环
11b 从动侧滑环
具体实施方式
本发明的轮毂轴承是使用其为机械结构用碳钢，并且对轨道部实施了高频热处理的材料构成一部分，在与滚动体的滑接部位具有该材料的轮毂轴承，使用润滑脂对该轮毂轴承的滚动接触部进行润滑。
对这样的轮毂轴承的耐久性进行研究的结果，发现封入了含有基油和增稠剂并且基油中环烷烃碳数在总碳数中所占的比例是32～37％的润滑脂的轮毂轴承，滚动接触部的润滑性能提高。本发明是基于这样的见识完成的。
本发明中可使用的基油，含有至少1种的矿物油，是采用n-d-M环分析法求出的环烷烃碳量是32～37％的油。例如矿物油的环烷烃碳量为32～37％的环烷烃系矿物油可以单独作为本发明使用的油使用。另外，即使是环烷烃碳量低的石蜡系矿物油，也可以通过与环烷烃碳量高的环烷烃系矿物油进行混合，调节混合比例以使所得混合油的环烷烃碳量成为32～37％而使用。作为一例，通过将环烷烃碳量为29.0％的矿物油(新日本石油公司制ス一パ一オイルN100)与环烷烃碳量为40.8％的矿物油(新日本石油公司制クリセフF150)按质量混合比1∶1的比例进行混合，可以得到环烷烃碳量为35％的混合基油。
本发明中所用的油的环烷烃碳量低于32％时，润滑条件恶劣的场合轴承的耐久寿命差，环烷烃碳量超过37％时，润滑脂寿命降低而不优选。
另外，上述基油单独的运动粘度或者将多种油混合的基油的运动粘度优选30～200mm2/秒。更优选为40～120mm2/秒，进一步优选是100～120mm2/秒。
本发明中使用的基油在40℃下的运动粘度低于30mm2/秒的场合，短时间内基油劣化，由于生成的劣化物促进基油总体的劣化，故使轴承的耐久性降低而成为短寿命。而超过200mm2/秒时，由于旋转扭矩的增加造成的轴承的温度上升增大而不优选。再者，基油的运动粘度是按JIS K2283测定的运动粘度。
本发明中作为能够将环烷烃碳量调节到32～37％而使用的基油，例如，可举出矿物油、聚-α-烯烃(以下称为PAO)油、酯油、苯基醚油、氟油以及费-托反应合成的合成烃油(GTL基油)等。还可以使用这些油的混合物。
作为矿物油，例如，可以以环烷烃系矿物油为必须成分，向其混合石蜡系矿物油、液体石蜡、加氢脱蜡油等通常润滑油或润滑脂领域中使用的油，把环烷烃碳量调节到32～37％而使用。
作为PAO油，可举出α-烯烃的聚合物、α-烯烃与烯烃的共聚物、或聚丁烯等。这些是制成作为α-烯烃的低聚物的寡聚物，对寡聚物的末端双键加氢的结树。另外，也可以使用作为α-烯烃的一种的聚丁烯，聚丁烯可以由以异丁烯为主体的起始原料使用氯化铝等催化剂进行聚合而制得。聚丁烯可以直接使用，也可以加氢使用。
作为α-烯烃的其他的具体例，可举出1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十二碳烯、1-十三碳烯、1-十四碳烯、1-十五碳烯、1-十六碳烯、1-十七碳烯、1-十八碳烯、1-十九碳烯、1-二十碳烯、1-二十二碳烯、1-二十四碳烯等，通常使用这些α-烯烃的混合物。
本发明中使用的基油的配合比例，相对于润滑脂总量优选60～98质量％，更优选是70～95质量％。
基油的配合比例低于60质量％时，润滑脂硬，低温时的润滑性差。而超过98质量％时质软而容易泄漏。
作为本发明的轮毂轴承用润滑脂中可使用的增稠剂，可举出铝、锂、钠、钡、钙、复合铝、复合锂、复合钠、复合钡、复合钙等的金属皂类，和二脲化合物、多脲化合物等脲系化合物。若考虑耐久性、耐磨性等则优选脲系化合物。脲系化合物，例如用下述式(1)表示。
[化2]
Figure S2006800200887D00061
R2表示C6-15的芳香族烃基，R1与R3分别表示选自脂环族烃基与芳香族烃基的至少一种的烃基。
脲系化合物通过使异氰酸酯化合物与胺化合物反应而制得。为了不残留具有反应性的游离基，优选使异氰酸酯化合物的异氰酸酯基与胺化合物的氨基成为大致当量地进行配合。
反应，例如使一元胺酸与二异氰酸酯类在70～110℃左右的基油中充分地反应后，使温度上升，在120～180℃下保持1～2小时左右，然后冷却，通过使用均化器、三联辊混炼机等均匀化处理而完成，得到配合各种配合剂用的基础润滑脂。
式(1)表示的二脲化合物，例如，可通过二异氰酸酯与一元胺的反应得到。作为二异氰酸酯，可举出亚苯基二异氰酸酯、联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、3，3-二甲基-4，4-联苯二异氰酸酯、十八烷二异氰酸酯、癸烷二异氰酸酯、己烷二异氰酸酯等，作为一元胺，可举出辛胺、十二胺、十六胺、硬脂胺、油胺、苯胺、对甲苯胺、环己胺等。
本发明中，优选通过芳香族二异氰酸酯与脂环族一元胺和芳香族一元胺、或芳香族一元胺单体的反应得到的脂环族-芳香族脲系化合物或芳香族脲系化合物。
本发明中使用的增稠剂的配合比例，相对于润滑脂总量优选是1～40质量％，更优选是3～25质量％。增稠剂的配合量低于1质量％时，增稠效果减小，润滑脂化变得困难，超过40质量％时润滑脂变得太硬，难得到所期望的效果。
本发明的轮毂轴承用润滑脂中，在不破坏功能的范围内可以根据需要添加公知的添加剂。作为添加剂，例如可举出胺系、酚系、硫系化合物等抗氧化剂，硫系、磷系化合物等磨损抑制剂，金属磺酸盐、多元醇酯等防锈剂，金属磺酸盐、金属磷酸盐等清洁分散剂等。这些添加剂可以单独添加或2种以上组合添加。
把本发明的轮毂轴承的一例(从动轮用第三代轮毂轴承)(GEN3)示于图1。图1是轮毂轴承的截面图。轮毂轴承6具备具有轮毂轮1与内轮2的内方构件5、作为外轮的外方构件3和双列的滚动体4、4。轮毂轮1在其一端部一体地具有安装车轮(没有图示)用的车轮安装法兰1d，在外周形成内侧滚行面1a和从该内侧滚行面1a朝轴向延伸的小径阶梯部1b。
本说明书中，就轴向而言所谓“外”是指往车辆上安装状态下幅方向外侧，所谓“内”指幅方向中央侧。
在轮毂轮1的小径阶梯部1b中压入在外周形成了内侧滚行面2a的内轮2。并且，利用使轮毂轮1的小径阶梯部1b的端部在径向外方发生塑性变形而形成的箍紧部1c，防止内轮2相对于轮毂轮1朝轴向脱离。
外方构件3，在外周一体地具有车体安装法兰3b，在内周外侧滚行面3a、3a，与这些双列的外侧滚行面3a、3a相对的内侧滚行面1a、2a之间滚动自如地收容有双列的滚动体4、4。
本发明的轮毂轴承用润滑脂被封入到由密封构件7、外方构件3、密封构件8、内方构件5和轮毂轮1围成的空间中，被覆被外方构件3和内方构件5夹持的双列的滚动体4、4的周围，用于滚动体4、4的滚动面、内侧滚行面1a、2a与外侧滚行面3a、3a的滚动接触部的润滑。
本发明的轮毂轴承用润滑脂也能够用于轮毂轴承以外的施加高负荷的轴承。
本发明的轮毂轴承中可使用的材质，可举出轴承钢、渗碳钢、或机械结构用碳钢。其中优选使用锻造性好且价廉的S53C等的机械结构用碳钢。该碳钢一般通过实施高频热处理，在确保轴承部的滚动疲劳强度之后使用。然而，机械结构用碳钢即使实施高频热处理，由于合金成分少故表面强度弱，对滑接部位的表面起点型剥离的耐性比轴承钢差。对这种表面起点型剥离的问题，本发明的轮毂轴承用润滑脂通过使滑接部位的润滑性能提高，能够防止轮毂轴承中使用的机械结构用碳钢的表面起点型剥离。
实施例
通过实施例与比较例对本发明具体地进行说明，但不受这些例的任何限制。
基油运动粘度的调节
把以下所述的矿物油1与矿物油2按表1所示的配合比率进行混合，得到表1所示的环烷烃碳量的基油。使用这些基油用于以下所示的各实施例与各比较例。
矿物油1：新日本石油公司制ス一パ一オイルN100，环烷烃碳量29.0％，链烷烃碳量65.5％，芳香族碳量5.5％，40℃下的运动粘度93.9mm2/秒。
矿物油2：新日本石油公司制クリセフF150，环烷烃碳量40.8％，链烷烃碳量46.6％，芳香族碳量12.6％，40℃下的运动粘度151mm2/秒。
实施例1～实施例4与比较例1～比较例2
在表1所示的环烷烃碳量的2000g基油中，使二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯193.5g、对甲苯胺82.8g与环己胺76.6g反应，使生成的脲化合物均匀分散从而得到矿物油/脲系基础润滑脂(JIS稠度No.2级，稠度：265～295)。
相对于该基础润滑脂100重量份，作为添加剂，添加作为防锈添加剂的山梨糖醇酐三油酸酯1重量份、磺酸钙1重量份与作为抗氧化剂的烷基二苯胺2重量份。
对得到的轮毂轴承用润滑脂，用于以下所述的2圆筒试验与高温、高速试验，对耐表面起点型剥离性与润滑脂寿命分别进行评价。把结果一起示于表1。
实施例5
在表1所示的环烷烃碳量的2000g基油中，使二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯309.2g、对甲苯胺132.4g与环己胺122.5g反应，使生成的脲化合物均匀分散从而得到矿物油/脲系基础润滑脂(JIS稠度No.2级，稠度：265～295)。
相对于该基础润滑脂100重量份，作为添加剂，添加作为防锈添加剂的山梨糖醇酐三油酸酯1重量份、磺酸钙1重量份与作为抗氧化剂的烷基二苯胺2重量份。
对得到的轮毂轴承用润滑脂，与实施例1同样地进行评价。把结果一起示于表1。
表1
    实施例     比较例
    1     2     3     4     5     1     2
混合基油的性状环烷烃碳量1)(％) 32.5 33.7 35 36.1 35 29 38.4
40℃下的运动粘度(mm2/sec)     105     112     118     124     118     93.9     134
配合(质量％)基油配合ス一パ一オイルN100 70 60 50 40 50 100 20
クリセヤフF150     30     40     50     60     50     0     80
润滑脂基油 85 85 85 85 78 85 85
增稠剂     15     15     15     15     22     15     15
稠度(60次混合)     285     285     285     285     220     285     285
评价剥离部面积率(％) 9.8 6.3 5 3.3 3.2 23.5 7.2
150℃下的润滑脂寿命(h)     1350     1150     1000     800     950     1500     400
综合评价     ○     ○     ○     ○     ○     ×     ×
1)环烷烃碳量＝环烷烃碳数×100/总碳数
2圆筒试验：
使用2圆筒试验机评价耐表面起点型剥离性。图2是2圆筒试验机的简图。图2中，驱动侧圆筒9a和从动侧圆筒9b安装在各自旋转轴的一端。把2圆筒试验条件归纳于表2中。使用马达驱动驱动侧圆筒9a侧的轴，从动侧圆筒9b形成随驱动侧圆筒运动的自由转动。驱动侧圆筒9a使用了SUJ2标准热处理品，从动侧圆筒9b使用了S53C高频热处理品。任何一个试验片表面硬度均为洛氏硬度HRC60～63。
评价使用任意视野中的剥离部的面积率(％，剥离部面积合计×100/视野总面积)实施。对用于试验的润滑脂测定各3点的视野中从动侧圆筒表面的剥离部面积率，将其平均值一起示于表1。
高温高速试验：
向滚动轴承(6204)中分别封入各实施例与各比较例中得到的轮毂轴承用润滑脂1.8g，在轴承外轮外径部温度150℃、径向荷重67N、轴向荷重67N下，以1000rpm旋转使之旋转，测定达到烧结的时间作为润滑脂寿命。把结果一起示于表1。
综合评价：
另外，有关用于试验的润滑脂的综合评价，把剥离部面积率为10％以下且润滑脂寿命为800小时以上的轮毂轴承用润滑脂评价为耐表面起点型剥离性与高温高速耐久性优异，用“○”表示，除此以外为不好，用“×”表示，分别一并示于表1。
表2
试验机 2圆筒试验机
驱动侧圆筒 SUJ2，φ39.6×12，副曲率R60，3S
从动侧圆筒 S53C，φ39.6×12，0.2S
转数 2000rpm
荷重 2156N
最大面压 2.3GPa
负荷次数 4.8×105次
环境气氛温度 15℃～25℃
给脂方法 向驱动侧圆筒挤压涂布有润滑脂的毡垫而给脂
表1中，使用了调节到设定的环烷烃碳量的基油的实施例1～实施例5，耐表面起点型剥离性与高温高速耐久性均优异。相反，环烷烃碳量小的比较例1中剥离面积大。此外，环烷烃碳量大的比较例2中润滑脂寿命极短。
产业上利用的可能性
本发明的轮毂轴承用润滑脂含有基油和增稠剂，并且将基油调节到设定范围的环烷烃碳量。因此，能够抑制汽车用轮毂轴承的表面起点型剥离。另外，轨道轮使用了结构用钢的轴承，即使润滑条件变得恶劣也能够获得长寿命。因此，可适合用于要求耐磨性，同时要求长时间耐久性的铁路车辆、建设机械、汽车电装副机等。

Claims (12)

1.轮毂轴承用润滑脂，是封入到旋转支持汽车车轮的轮毂轴承中的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：该润滑脂含有基油和增稠剂，前述基油采用n-d-M环分析法求出的环烷烃碳数在总碳数中所占的比例是32～37％。
2.权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述基油是矿物油。
3.权利要求2所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述矿物油是环烷烃碳数不同的多种矿物油的混合油。
4.权利要求3所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述多种矿物油的混合油是环烷烃碳数的比例小于32％的矿物油(A)与环烷烃碳数的比例超过37％的矿物油(B)的混合油。
5.权利要求4所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述混合油是前述矿物油(A)为30～70质量％、前述矿物油(B)为30～70质量％混合的混合油。
6.权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述基油是矿物油与合成烃油的混合油。
7.权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：相对于全部润滑脂，含有60～98质量％的前述基油。
8.权利要求7所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：相对于全部润滑脂，含有65～98质量％的前述基油。
9.权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述增稠剂是二脲化合物。
10.权利要求9所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述二脲化合物是下述式(1)表示的化合物，并且相对于全部润滑脂，含有1～40质量％的前述二脲化合物，
[化1]
Figure S2006800200887C00021
式中，R2表示C6-15的芳香族烃基，R1与R3分别表示选自脂环族烃基与芳香族烃基的至少一种烃基。
11.权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂，其特征在于：前述旋转支持汽车车轮的轮毂轴承的材质是对轨道部实施了高频热处理的机械结构用碳钢。
12.轮毂轴承，是具有由机械结构用碳钢制成的滑接部位的轮毂轴承，其特征在于：向该轮毂轴承中封入权利要求1所述的轮毂轴承用润滑脂。
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