CN101278134A - 用于车轮的轴承装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于车轮的轴承装置，其通过抑制在组装步骤中出现滚珠擦伤而增大刚度并且延长轴承寿命。在该用于车轮的轴承装置中，外侧上的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDo)设定为大于内侧上的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDi)。角部(A至D)和在滚道表面肩部处的对立部(E到H)的内周表面通过与滚道表面一起用成形砂轮同时研磨而变形，以将它们形成光滑圆弧形状。在毂轮(21)的外侧端部处形成锥形凹口(23)，凹口(23)的底部至少位于毂轮的内滚道表面的槽底附近，并且毂轮(21)的外侧端部设定为壁厚近似均匀。结果，可增大该装置的刚度并且可抑制在组装期间由滚珠接触引起的滚珠擦伤和由滚珠振动引起的滚珠凹痕，从而改进轴承的声学特性。

Description

用于车轮的轴承装置

技术领域

本发明涉及一种用于可自由旋转地支撑车轮的轴承装置，更具体地涉及这样一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置可抑制在该轴承装置的组装期间在其滚珠上产生的损伤(即，滚珠损伤)，从而改进该轴承装置的噪音特性并同时满足轴承装置的高刚度和轻重量。

背景技术

通常，用于车轮的轴承装置适于通过滚动轴承可自由旋转地支撑用于安装车轮的毂轮，并且对于驱动轮采用内环旋转型，对于从动轮采用内环旋转和外环旋转型。在该轴承装置中广泛使用双列角接触滚珠轴承，因为其具有期望的轴承刚度、对于未对准的高耐久性以及燃料消耗所需的小转矩。双列角接触滚珠轴承具有多个插设在静止环与旋转环之间的滚珠，并且滚珠以预定的接触角与静止环和旋转环接触。

用于车轮的轴承装置大致上分为：第一代结构，其中双列角接触滚珠轴承的车轮轴承装配在悬架的转向节形成部与毂轮之间；第二代结构，其中车体安装凸缘或车轮安装凸缘直接形成在外部件的外周表面上；第三代结构，其中内滚道表面之一直接形成在毂轮的外周表面上；以及第四代结构，其中多个内滚道表面直接形成在毂轮和等速万向接头的外周表面上。

在现有技术的车轮轴承装置中，由于双列轴承中的两列轴承结构相同，所以尽管其在直道行驶期间具有足够的刚度，但在弯道行驶期间不能总是获得最优的刚度。也就是说，车轮和轴承装置之间的位置关系通常设计为使得在直道行驶期间车辆的重量作用在两列轴承滚珠之间的大致中央，但较大的径向负载和较大的轴向负载作用于车辆的与转弯方向相反侧的轴(即，在右转时左手侧的轴)上。因此，为了改进轴承装置的耐久性和强度，有效的是使外侧轴承列的刚度比内侧轴承列的刚度大。因而，公知一种图16所示的用于车轮的轴承装置，其可在不增大轴承装置的情况下具有高刚度。

用于车轮的轴承装置50由双列角接触滚珠轴承形成，该双列角接触滚珠轴承包括：外部件51，在其外周表面上一体形成有待安装在车辆的转向节(未示出)上的车体安装凸缘，并在其内周表面上一体形成有双列外滚道表面51a、51b；内部件55，该内部件包括毂轮52，该毂轮52具有在其一端上一体形成的用于安装车轮(未示出)的车轮安装凸缘53、形成在其外周表面上并与双列外滚道表面51a、51b中的一个滚道表面51a相对的一个内滚道表面52a以及从内滚道表面52a轴向延伸的柱形部52b，内部件55还包括装配在柱形部52b上的内环54，在该内环的外周表面上形成有与双列外滚道表面51a、51b中的另一滚道表面51b相对的另一内滚道表面54a；可自由滚动地容纳在外滚道表面51a、51b与内部件55的内滚道表面52a、54a之间的双列滚珠组56、57；以及用于可滚动地保持滚珠组56、57的保持架58、59。

内环54由敛缝部52c不可轴向运动地紧固，敛缝部52c通过使毂轮52的柱形部52b径向向外塑性变形而形成。在形成于外部件51与内部件55之间的环形开口中安装密封件60、61，以防止容纳在轴承装置内的油脂泄漏，并防止雨水或灰尘从外部进入轴承装置。

外侧滚珠组56的节距圆直径D1设定为大于内侧滚珠组57的节距圆直径D2。因此，毂轮52的内滚道表面52a的直径大于内环54的内滚道表面54a的直径，并且外部件51的外侧的外滚道表面51a的直径大于外部件51的内侧的外滚道表面51b的直径。而且外侧滚珠56的数量大于内侧滚珠57的数量。通过将外侧的节距圆直径D1设定为大于内侧的节距圆直径D2(D1＞D2)，可以获得刚度较大的轴承装置50，从而延长其寿命(参见日本特开公报No.108449/2004)。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在现有技术的该用于车轮的轴承装置50中，由于毂轮52的外侧端部扩大，所以轴承装置的重量也增加。因此，尽管现有技术的轴承装置可增加其刚度，但其具有重量增加的缺陷。

而且在现有技术的轴承装置50中，在外侧的内滚道表面52a与内环54所压配合的柱形部52b之间形成有毂轮52的阶梯状部63。阶梯状部63(阶梯高度：(D1-D2)/2)的存在产生一个问题，即，在轴承装置50的组装期间，临时组装在外部件51的外滚道表面51a中的外侧滚珠56容易与内滚道表面52a的对立部(counter portion)62和毂轮52的阶梯状部63接触，并且被它们损伤。

此外还存在一个问题，即，在将由保持架58、59保持的滚珠组56、57临时组装到外部件51的双列外滚道表面51a、51b中的期间，在滚珠组56、57的表面上会产生微损。也就是说，由于滚珠56、57插入外滚道表面51a、51b的对立部64、65的内周表面中而受到对立部64、65的角部或不规则车削表面的磨损，所以通常产生这些微损(滚珠损伤)。滚珠56、57的损伤表面产生轴承装置的噪音并缩短轴承装置的寿命。因此，需要非常小心的组装作业并且这降低了轴承装置的组装效率。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于车轮的轴承装置，其可同时解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

本发明的另一目的在于抑制在轴承装置的组装期间产生滚珠损伤，并且延长轴承装置的寿命。

解决问题的手段

为了实现本发明的目的，提供了一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：外部件，在该外部件的内周表面上形成有双列外滚道表面；多个内部件，每个内部件在其外周表面上均形成有与所述双列外滚道表面相对布置的双列内滚道表面；以及双列滚珠组，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件的所述外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间，该轴承装置的特征在于：靠近车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径，并且所述外滚道表面和所述内滚道表面的肩部的各个角部倒圆为光滑圆弧(权利要求1)。

根据权利要求1的发明，由于靠近车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径，并且所述外滚道表面和所述内滚道表面的肩部的各个角部倒圆为光滑圆弧，所以可以抑制在所述轴承装置的组装期间产生滚珠损伤，并且延长所述轴承装置的寿命。

而且为了实现本发明的目的，提供了一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：外部件，在该外部件的内周表面上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮，所述毂轮具有在其一端一体形成的车轮安装凸缘、形成在该毂轮的外周表面上并与所述双列外滚道表面中的一个滚道表面相对的一个内滚道表面以及从所述内滚道表面轴向延伸的柱形部，所述内部件还包括装配在所述柱形部上的内环，在该内环的外周表面上形成有与所述双列外滚道表面的另一滚道表面相对的另一内滚道表面；以及双列滚珠组，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件的所述外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间，该轴承装置的特征在于：靠近所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径，并且在所述毂轮的外侧端部处形成大致锥形的凹口，该凹口的深度至少延伸至所述毂轮的所述内滚道表面的底部附近，使得所述毂轮的外侧端部具有基本均匀的壁厚(权利要求2)。

根据权利要求2的发明，由于靠近车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径，并且在所述毂轮的外侧端部处形成大致锥形的凹口，该凹口的深度至少延伸至所述毂轮的所述内滚道表面的底部附近，使得所述毂轮的外侧端部具有基本均匀的壁厚，所以可以提供一种用于车轮的轴承装置，其可同时解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

优选的是，形成轴状部使其从所述毂轮的所述内滚道表面的底部朝向所述柱形部延伸，并且在所述轴状部与所述内环所抵靠的肩部之间形成锥形的阶梯状部，并且其中所述凹口的深度超过所述内滚道表面的底部延伸至所述阶梯状部附近(权利要求3)。这能够进一步减轻轴承装置的重量。

优选的是，所述毂轮在所述内滚道表面处沿滚珠接触角方向的壁厚大于所述毂轮在所述内滚道表面的底部处的壁厚(权利要求4)。这样能够保持毂轮的刚度并进一步减轻轴承装置的重量。

优选的是，在从所述车轮安装凸缘的基部到所述柱形部的包括所述毂轮的所述内滚道表面在内的区域中通过高频感应淬火连续形成预定的硬化层(权利要求5)。这样可以改进毂轮的强度和耐久性。

优选的是，所述毂轮的外侧端的厚度设定为超过所述硬化层的深度的两倍(权利要求6)。这样可以防止淬火裂纹从而改进毂轮的强度和刚度。

优选的是，所述毂轮在所述内滚道表面处沿滚珠接触角方向的壁厚设定为滚珠接触点的直径的0.2～0.3倍(权利要求7)。这样可以根据使用情况在保持毂轮的强度和刚度的同时减轻轴承装置的重量。

优选的是，所述外滚道表面的各个对立部倒圆为光滑圆弧，并且内周表面的表面粗糙度限定为小于3.2Ra(权利要求8)。这样可以抑制在所述轴承装置的组装期间产生滚珠接触损伤以及由滚珠振动产生的划痕，从而改进轴承装置的噪音特性和品质。

优选的是，各个内滚道表面和外滚道表面的所述对立部的内周表面或所述肩部的角部在热处理后与所述内滚道表面和外滚道表面通过成形砂轮同时研磨(权利要求9)。这样能够使过渡部更光滑。

优选的是，所述肩部的角部的倒角尺寸设定在0.15～0.8mm的范围内，圆角半径设定在0.15～2.0R的范围内，并且光滑地形成过渡部(权利要求10)。这样可以防止滚珠擦伤并且防止各个滚珠的椭圆接触区域越过所述对立部并从所述内滚道表面脱出。

优选的是，各个滚珠的外径d与远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的节距圆直径PCDi之比d/PCDi设定在0.14≤(d/PCDi)≤0.25的范围内(权利要求11)。这样能够在保持轴承装置的高刚度的同时延长其寿命。

而且优选的是，各个滚珠的外径相同，靠近所述车轮安装凸缘的滚珠组的滚珠数量大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的滚珠数量(权利要求12)。这样能够在保持轴承装置的高刚度的同时延长其寿命。

实施本发明的最佳方式

实施本发明的最佳方式是一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：外部件，在该外部件的外周表面上形成有待安装到车辆的转向节上的车体安装凸缘，并且在该外部件的内周表面上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮，所述毂轮具有在其一端一体形成的车轮安装凸缘、形成在该毂轮的外周表面上并与所述双列外滚道表面中的一个滚道表面相对的一个内滚道表面以及从所述内滚道表面轴向延伸的柱形部，所述内部件还包括装配在所述柱形部上的内环，在该内环的外周表面上形成有与所述双列外滚道表面的另一滚道表面相对的另一内滚道表面；以及双列滚珠组，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件的所述外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间，各个滚珠的外径相同，靠近车轮安装凸缘的滚珠组的滚珠数量大于远离所述车轮安装凸缘的滚珠组的滚珠数量，该轴承装置的特征在于：各个内滚道表面和外滚道表面的所述对立部的内周表面或所述肩部的角部在热处理后与所述内滚道表面和外滚道表面通过成形砂轮同时研磨，并倒圆为光滑圆弧，并且在所述毂轮的外侧端部处形成有大致锥形的凹口，该凹口的深度至少延伸至所述毂轮的所述内滚道表面的底部附近，使得所述毂轮的外侧端部具有基本均匀的壁厚。

附图说明

从下面结合附图的描述和所附权利要求将明白本发明的附加优点和特征，在附图中：

图1是表示本发明用于车轮的轴承装置的第一实施方式的纵向剖面图；

图2是图1的外侧轴承列的放大剖面图；

图3是图1的内侧轴承列的放大剖面图；

图4是表示外部件在热处理之后所进行的研磨作业的说明图；

图5(a)是表示毂轮在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图5(b)是表示内环在热处理之后所进行的研磨作业的说明图；

图6是表示本发明用于车轮的轴承装置的第二实施方式的纵向剖面图；

图7是图6的外侧轴承列的放大剖面图；

图8是图6的内侧轴承列的放大剖面图；

图9是表示外部件在热处理之后所进行的研磨作业的说明图；

图10(a)是表示毂轮在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图10(b)是表示内环在热处理之后所进行的研磨作业的说明图；

图11是表示本发明用于车轮的轴承装置的第三实施方式的纵向剖面图；

图12是表示本发明用于车轮的轴承装置的第四实施方式的纵向剖面图；

图13是图12的毂轮的放大图；

图14是表示本发明用于车轮的轴承装置的第五实施方式的纵向剖面图；

图15是图14的毂轮的放大图；以及

图16是表示现有技术用于车轮的轴承装置的纵向剖面图。

具体实施方式

第一实施方式

下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。

图1是表示本发明用于车轮的轴承装置的第一实施方式的纵向剖面图，图2是图1的外侧轴承列的放大剖面图，图3是图1的内侧轴承列的放大剖面图，图4是表示外部件在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图5(a)是表示毂轮在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图5(b)是表示内环在热处理之后所进行的研磨作业的说明图。在以下说明中，装置的术语“外侧”(图中的左手侧)是指在将轴承装置安装在车体上时位于车体外部的那一侧，装置的术语“内侧”(图中的右手侧)是指在将轴承装置安装在车体上时位于车体内部的那一侧。

图1所示的本发明的用于车轮的轴承装置是用于从动轮的第三代类型，包括内部件1、外部件2以及可滚动地容纳在内部件1与外部件2之间的双列滚珠组3、3。内部件包括毂轮4和以预定过盈压配到毂轮上的内环5。

毂轮4一体形成有在其一端的车轮安装凸缘6、在其外周表面上的一个(外侧)内滚道表面4a、以及从内滚道表面4a通过轴状部7延伸的柱形部4b。在车轮安装凸缘6上沿着其周边等距地布置轮毂螺栓6a，并且在轮毂螺栓6a之间形成圆形孔6b。这些圆形孔6b不仅有助于减轻轴承装置的重量，而且有助于供任何用于组装和拆卸轴承装置的紧固工具通过。

内环5在其外周表面上形成有另一(内侧)内滚道表面5a，并适于以预定过盈压配到毂轮4的柱形部4b上并由敛缝部8轴向紧固，敛缝部8通过使柱形部4b的端部塑性变形而形成。

毂轮4由诸如S53C的包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成，并通过高频感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘6的内侧基部6c到柱形部4b的包括内滚道表面4a在内的区域具有58～64HRC的表面硬度。敛缝部8在锻造之后保持其表面硬度。因此，车轮安装凸缘6具有抵抗施加到其上的旋转弯曲负载的足够的机械强度，可提高在被内环5压配的区域处的柱形部4b的抗微振磨损强度，并且可在没有任何微裂的情况下执行敛缝部8的塑性变形作业。内环5和滚珠3由诸如SUJ2的高碳铬轴承钢制成，并且通过浸渍淬火硬化至它们的芯部而具有58～64HRC的硬度。

外部件2在其外周表面上一体形成有待安装在车辆的转向节(未示出)上的车体安装凸缘2c，并在其内周表面上一体形成有与毂轮4的内滚道表面4a相对的外侧外滚道表面2a以及与内环5的内滚道表面5a相对的内侧外滚道表面2b。双列滚珠组3、3容纳在这些外滚道表面与内滚道表面之间并由保持架9、10可滚动地保持。外部件2由诸如S53C的包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成，双列外滚道表面2a、2b通过高频感应淬火而硬化从而具有58～64HRC的表面硬度。

在外部件2与内部件1之间形成的环形空间的外侧端部中安装密封件11，并在该环形空间的内侧端中安装用于检测车轮转速的磁性编码器12。密封件11和覆盖外部件2开口端的盖(未示出)防止容纳在轴承内的油脂泄漏，并防止雨水和灰尘从外部进入轴承。虽然这里所示的结构是第三代轴承的结构，但本发明的轴承装置也可应用于第一代、第二代和第四代轴承的结构。

如图1所示，外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo设定为大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi(PCDo＞PCDi)。各个滚珠3的直径“d”在外侧和内侧都相同，因而由于PCDo＞PCDi，所以外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。

在毂轮4的外侧端部形成有大致锥形的凹口13，凹口13的深度延伸至毂轮4的内滚道表面4a的底部附近，使得毂轮4的外侧端部具有基本均匀的壁厚。如图1清楚示出，毂轮4的轮廓构造从内滚道表面4a经由对立部14、阶梯状部7a、直径较小的轴状部以及内环5所抵靠的肩部7b到柱形部4b逐渐减小。由于PCDo＞PCDi，所以毂轮4的内滚道表面4a的直径大于内环5的内滚道表面5a的直径，并且轴状部7的外径设定为使其与内环5的内滚道表面5a的底部直径基本相同。

另一方面，在外部件2中，由于PCDo＞PCDi，所以外侧外滚道表面2a的直径大于内侧外滚道表面2b的直径。外侧外滚道表面2a经由柱形肩部15、阶梯状部15a和直径较小的肩部16延续到内侧外滚道表面2b。外滚道表面2b的底部的内径设定为使其与直径较大的肩部15的内径基本相同。

在具有该结构的用于车轮的轴承装置中，由于外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi并且外侧滚珠组3的滚珠数量也大于内侧滚珠组3的滚珠数量，所以可增大轴承装置外侧的刚度，从而可延长轴承装置的寿命。此外，凹口13形成在毂轮4的外侧端部处，使得毂轮4在该外侧端部处的壁厚基本均匀。这样能够解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

除了增大轴承外侧的刚度之外，各个滚珠3的直径“d”与内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi之比(d/PCDi)设定在预定范围内，即，0.14≤(d/PCDi)≤0.25。

考虑到轴承刚度，由于在节距圆直径PCDi相同的情况下数量较大的滚珠3(即，直径“d”较小)可增大轴承刚度，所以各个滚珠3的直径“d”较小是优选的。然而，考虑到轴承装置的寿命，由于直径“d”较大的滚珠3会降低滚动疲劳强度，所以滚珠3的直径“d”较大是优选的。作为节距圆直径PCDi与滚珠3的直径“d”之间的关系的FEM分析(利用有限元法的分析)的结果，已经发现在d/PCDi超过0.25时不能增大轴承刚度，相反在d/PCDi小于0.14时滚动疲劳强度降低。因此，除了将外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo设定为大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi之外，可以通过将比率d/PCDi设定在0.14≤(d/PCDi)≤0.25的范围内而同时满足增大刚度并延长寿命。

而且在该实施方式中，内滚道表面和外滚道表面的肩部的各个角部A～D倒圆成具有如图2和图3的放大图所示的光滑圆弧。更具体地说，为了使过渡部光滑，各个角部形成为使其具有0.15～0.8mm(优选0.15～0.3mm)的轴向倒角尺寸La、0.15～0.8mm(优选0.15～0.3mm)的径向倒角尺寸Lr，以及0.15～2.0R(优选0.45～0.7R)的圆角半径R。当圆角半径R小于0.15R时，滚珠3容易擦伤，另一方面，当圆角半径R超过2.0R时，滚珠3的椭圆接触区域(即，由滚珠3与内滚道表面4a之间的接触区域形成的椭圆区域)容易越过内滚道表面4a并从内滚道表面4a脱出。

如图4和图5(a)、5(b)所示，各个内滚道表面和外滚道表面的肩部的角部A～D在热处理之后与内滚道表面和外滚道表面一起通过成形砂轮17、18、19同时进行研磨。即，如图4所示，外部件2的双列外滚道表面2a、2b通过成形砂轮17一起进行研磨，并且肩部的角部B、D通过成形砂轮17同时进行研磨。如图5(a)所示，内滚道表面4a和形成毂轮4的车轮安装凸缘6的密封台部的基部6c也通过成形砂轮18一起进行研磨，并且肩部的角部A通过成形砂轮18同时进行研磨。另外，如图5(b)所示，内滚道表面5a、与磁性编码器12压配合的外周表面5b以及内环5的端面5c通过成形砂轮19一起进行研磨，并且肩部的角部C通过成形砂轮19同时进行研磨。

如上所述，由于角部A～D与外滚道表面2a、2b和内滚道表面4a、5a一起通过成形砂轮17至19同时进行研磨，并且由此各个角部A～D倒圆成光滑圆弧，所以即使在较大弯矩作用于车轮轴承装置上时椭圆接触区域越过各个角部A～D，也可以抑制“边缘负载”的产生。因此，可以提供这样一种用于车轮的轴承装置，其可同时解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。这里，术语“边缘负载”表示在角部A～D中产生的较大集中应力，并通常导致部件的过早脱层。

另外，由于外滚道表面和内滚道表面的肩部的角部A～D倒圆成具有圆弧，所以滚珠30在组装步骤期间不会被角部A～D损伤。因此，可以提供这样一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置可改进其噪音特性和耐久性。

第二实施方式

图6是表示本发明用于车轮的轴承装置的第二实施方式的纵向剖面图，图7是图6的外侧轴承列的放大剖面图，图8是图6的内侧轴承列的放大剖面图，图9是表示外部件在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图10(a)是表示毂轮在热处理之后所进行的研磨作业的说明图，图10(b)是表示内环在热处理之后所进行的研磨作业的说明图。这里使用相同的附图标记来表示与第一实施方式中使用的功能相同的相同部件。

该轴承装置是用于从动轮的第三代类型，包括内部件20、外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件20与外部件2之间的双列滚珠组3、3。内部件20包括毂轮21和以预定过盈压配到毂轮21上的内环5。

毂轮21一体形成有在其一端的车轮安装凸缘6、在其外周表面上的一个(外侧)内滚道表面4a、以及从内滚道表面4a通过轴状部22延伸的柱形部4b。毂轮21由诸如S53C的包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成，并通过高频感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘6的内侧基部6c到柱形部4b的包括内滚道表面4a在内的区域具有58～64HRC的表面硬度。

与第一实施方式相同，外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo设定为大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi(PCDo＞PCDi)。各个滚珠3的直径“d”在外侧和内侧都相同，因而由于PCDo＞PCDi，所以外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。

在本实施方式中，毂轮21的外部轮廓构造包括从内滚道表面4a的底部经由对立部E、从对立部E轴向延伸的轴状部22、锥形阶梯状部22a和内环5所抵靠的肩部7b到柱形部4b的连续部分。在毂轮21的外侧端部设置有凹口23，凹口23形成为比第一实施方式的凹口23(由虚线示出)深。凹口23基本沿着毂轮21的外部轮廓构造形成，使得毂轮21的外侧端部的壁厚基本均匀。由于PCDo＞PCDi，所以毂轮4的内滚道表面4a的直径大于内环5的内滚道表面5a的直径，并且轴状部22的外径设定为使其比内环5的内滚道表面5a的底部直径大。

在具有该结构的用于车轮的轴承装置中，由于外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi并且外侧滚珠组3的滚珠数量也大于内侧滚珠组3的滚珠数量，所以可增大轴承装置外侧的刚度，从而可延长轴承装置的寿命。此外，凹口23形成在毂轮21的外侧端部处，使得毂轮21在该外侧端部处的壁厚基本均匀。这样能够解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

而且在本实施方式中，每个滚道表面、肩部(基部)6c、肩部15、肩部(内环的外径)5b、肩部16的角部A、B、C、D倒圆成具有光滑圆弧，并且各个滚道表面的角部也倒圆成具有光滑圆弧。角部E、F、G、H分别表示与滚道表面的肩部6c、15、5b、16轴向相对的部分。

更具体地说，如图7和图8所示，为了使过渡部光滑，各个角部形成为使其具有0.15～0.8mm(优选0.15～0.3mm)的轴向倒角尺寸La、0.15～0.8mm(优选0.15～0.3mm)的径向倒角尺寸Lr，以及0.15～2.0R(优选0.45～0.7R)的圆角半径R。

如图9和图10所示，各个内滚道表面和外滚道表面的肩部的角部A～D在热处理之后与对立部E～H通过成形砂轮同时进行研磨。即，如图9所示，外部件2的双列外滚道表面2a、2b通过成形砂轮24一起进行研磨，并且肩部15、16的角部B、D和对立部F、H也通过成形砂轮同时进行研磨。对立部F、H的内周表面25、26的表面粗糙度限制为小于3.2Ra。术语“Ra”表示在JIS(日本工业标准)(JIS B0601-1994)中限定的粗糙度参数之一，并由算术平均数(即，偏离平均线的绝对值的平均数)表示。通过将对立部的表面粗糙度限制为小于3.2Ra，在将滚珠3组装到双列外滚道表面2a、2b中的步骤期间，尽管滚珠3插入内周表面25、26而受其磨损，滚珠30也不会被对立部F、H损伤。

尽管示出了对立部F、H的内周表面25、26与外滚道表面2a、2b同时通过成形砂轮同时进行研磨，但研磨不限于该方法，并且它们可通过车削而预先成形。在这种情况下，如果车削轨迹是引导轨迹或交叉轨迹，那么恐怕滚珠3会被车削交叉损伤。因此优选的是，利用全面进刀而不是横向车削进行车削，或者可以利用车刀的低的进刀速度(低于0.2mm/rev)进行车削。在这种情况下，尽管引导轨迹保留在车削表面上，但切削轨迹的高度降低，从而改进了表面粗糙度。车刀进刀速度、对立部F、H的内周表面25、26的表面粗糙度和在轴承装置的组装期间形成在滚珠表面上的擦伤深度的结果如表1所示。

表1

车刀进刀速度(mm/rev)	对立部的内周表面的表面粗糙度Ra(μm)	形成在滚珠表面上的擦伤深度(μm)
			0.3	5.8	0.6
0.2	3.3	无
			0.1	1.6	无
0.05	0.7	无

从表1可以清楚，当车刀进刀速度小于0.2mm/rev时，对立部F、H的内周表面25、26的表面粗糙度变为小于3.2Ra。也就是说，会发现由车削形成的轨迹被最小化从而在轴承装置的组装期间在滚珠表面上产生的擦伤损伤变小。

如图10(a)所示，内滚道表面4a和形成毂轮4的车轮安装凸缘6的密封台部的基部6c也通过成形砂轮27一起进行研磨，并且肩部6c的角部A和对立部E通过成形砂轮18同时进行研磨。另外，如图10(b)所示，内滚道表面5a、与磁性编码器12压配合的外周表面5b以及内环5的端面5c通过成形砂轮28一起进行研磨，并且肩部5b的角部C通过成形砂轮28同时进行研磨。

如上所述，由于角部A～D和对立部E～H与外滚道表面2a、2b和内滚道表面4a、5a一起通过成形砂轮24、27、28同时进行研磨，由此各个角部A～D倒圆成光滑圆弧，并且对立部F、H的内周表面25、26的表面粗糙度限制为小于预定值，所以即使椭圆接触区域越过各个角部，也可以抑制“边缘负载”的产生。因此，可以提供这样一种用于车轮的轴承装置，其可同时解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

第三实施方式

图11是表示本发明用于车轮的轴承装置的第三实施方式的纵向剖面图。这里使用相同的附图标记来表示与前述实施方式中使用的功能相同的相同部件。

该轴承装置是用于从动轮的第二代类型，包括内部件29、外部件30以及可自由滚动地容纳在内部件29与外部件30之间的双列滚珠组3、3。内部件29包括一对内环31、5，内环31、5在它们的外周表面上形成有内滚道表面31a、5a。

外部件30由诸如S53C的包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成，并在其外周表面上一体形成有车轮安装凸缘6，在其内周表面上一体形成有双列外滚道表面2a、2b。双列滚珠组3、3通过保持架9、10可滚动地容纳在外滚道表面与内滚道表面之间，并形成背靠背双列角接触滚珠轴承。在外部件30的内侧端部上安装密封件32，并在外侧端与内环31之间形成迷宫密封件33。这些密封件32、33和覆盖外部件30开口端的盖(未示出)防止容纳在轴承内的油脂泄漏，并防止雨水和灰尘从外部进入轴承。

与前述实施方式相同，外侧滚珠组3的节距圆直径PCDo设定为大于内侧滚珠组3的节距圆直径PCDi。各个滚珠3的直径“d”在外侧和内侧都相同，因而由于PCDo＞PCDi，所以外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。由于PCDo＞PCDi，因此外侧内环31的外滚道表面31a的直径大于内侧内环5的内滚道表面5a的直径。

而且与前述实施方式相同，由于外侧滚珠组的节距圆直径设定为大于内侧滚珠组3的节距圆直径，所以可延长轴承的寿命。此外，由于肩部的角部A～D和对立部的角部E～H倒圆并形成为光滑圆弧，并且外部件30的对立部F、H的内周表面34、26的表面粗糙度限制为小于3.2Ra，所以在轴承装置的组装期间可以抑制滚珠3由接触或振动引起的损伤。尽管外部件30的对立部F、H的内周表面34、26中内侧对立部H的内周表面26在热处理后通过与外滚道表面2b同时研磨而形成，但外侧对立部F的内周表面34可在热处理之前通过车削形成。

第四实施方式

图12是表示本发明用于车轮的轴承装置的第四实施方式的纵向剖面图，图13是图12的毂轮的放大图。该第四实施方式是其中第一实施方式(图1)的毂轮的外侧端部的壁厚被限定的轴承装置。因此，由于该实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于毂轮的构造，所以这里使用相同的附图标记来表示与前述实施方式中使用的功能相同的相同部件。

本发明的用于车轮的轴承装置是用于从动轮的第三代类型，包括内部件35、外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件35与外部件2之间的双列滚珠组3、3。内部件35包括毂轮36和以预定过盈压配到毂轮36上的内环5。

毂轮36一体形成有在其一端的车轮安装凸缘6、在其外周表面上的一个(外侧)内滚道表面4a、以及从内滚道表面4a经由肩部7b朝轴状部7和柱形部4b渐缩延伸的阶梯状部7c。毂轮36由诸如S53C的包含0.40～0.80重量％的碳的中碳钢制成，并通过高频感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘6的内侧基部6c到柱形部4b的包括内滚道表面4a在内的区域具有表面硬度为58～64HRC的硬化层(如交叉影线示出)37。

在毂轮36的外侧端部形成有大致锥形的凹口13，凹口13的深度延伸至毂轮4的内滚道表面4a的底部附近，从而毂轮36的外侧端部具有基本均匀的壁厚。申请人已经注意到，毂轮36在接触角“α”(图12)更靠外侧的区域处的壁厚是很重要的，因为认为在力矩负载作用于车轮安装凸缘6时毂轮36会以外侧滚珠3的接触角“α”(α＝30～40°)变形。

如图13的放大图清楚地示出，车轮安装凸缘6的基部6c形成为具有预定曲率半径的圆弧。作为对基部6c处的最小壁厚t1与基部6c中同一点的直径d1之间的关系的FEM分析的结果，已经发现，优选的是将最小壁厚t1设定为满足条件0.2≤t1/d1≤0.3。该条件能够在保持毂轮36的强度和刚度的同时减轻毂轮36的重量。也就是说，当比率t1/d1小于20％时，不能获得理想的刚度，从而毂轮36的变形太大。相反，当比率t1/d1超过30％时，毂轮36的重量增加而没有增大刚度。为了防止淬火裂纹，优选的是将基部6c的最小壁厚t1设定为超过硬化层37的有效深度的两倍。硬化层37的有效深度设定在2～5mm的范围内(通常约3.5mm)。

与车轮安装凸缘6的基部6c处的关系相似，优选的是将沿接触角“α”方向的壁厚t2与在同一点处的直径(滚珠接触直径)d2之间的关系设定为0.2≤t2/d2≤0.3。该点的最小壁厚t2设定为超过硬化层37的有效深度的两倍。

根据本实施方式的轴承装置，由于凹口13沿着毂轮36的外周表面的轮廓形成在毂轮36的外侧端部处，并且各个壁厚t1、t2设定在预定范围内，所以可以防止淬火裂纹的产生，从而提供这样一种用于车轮的轴承装置，其可同时解决减小轴承装置的重量和尺寸并增大轴承装置刚度的自相矛盾的问题。

第五实施方式

图14是表示本发明用于车轮的轴承装置的第五实施方式的纵向剖面图，图15是图14的毂轮的放大图。该第五实施方式是其中第二实施方式(图4)的毂轮的外侧端部的壁厚被限定的轴承装置。因此，由于该实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于毂轮的构造，所以这里使用相同的附图标记来表示与前述实施方式中使用的功能相同的相同部件。

本发明的用于车轮的轴承装置是用于从动轮的第三代类型，包括内部件38、外部件2以及可滚动地容纳在内部件38与外部件2之间的双列滚珠组3、3。内部件38包括毂轮39和以预定过盈压配到毂轮39上的内环5。

在本实施方式中，毂轮39在其外侧端部处形成有比前述凹口13(由虚线示出)深的大致锥形的凹口23。凹口23的深度超出内滚道表面4a的底部延伸至阶梯状部22a，使得毂轮39的外侧端部的壁厚基本均匀。也就是说，如图15的放大图所示，车轮安装凸缘6的基部6c的最小壁厚t1和在内滚道表面4a处沿接触角“α”的方向的壁厚t2设定为大于最小壁厚(在底部直径d0位置处的壁厚)t0，并且基部6c的最小壁厚t1和沿接触角“α”的方向的壁厚t2分别设定在它们的直径d1、d2的0.2～0.3倍的范围内，并超过硬化层40的有效深度的两倍。此外，由于在凹口23的底部处的壁厚t3形成为与在接触角“α”外部的位置处的壁厚t1、t2基本相同，所以可以保持毂轮39的刚度并减轻毂轮39的重量。

在前述实施方式中，尽管描述了各个滚珠3的外径相同，但也可在各列滚珠中使用直径不同的滚珠。例如，布置在外侧的各个滚珠的直径可小于布置在内侧的各个滚珠的直径，从而增加在外侧列中的滚珠数量。

工业实用性

本发明的用于车轮的轴承装置可应用于第一代至第四代的任一种轴承装置，而与用于驱动轮还是从动轮无关。

已参考优选实施方式描述了本发明。显然的是，在阅读并理解了前面的详细描述之后，本领域普通技术人员将明白多种修改和替代。本发明应理解为包括所有这些修改和替代，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (12)

1、一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：外部件(2，30)，在该外部件的内周表面上形成有双列外滚道表面(2a，2b)；

多个内部件(1，20，29，35，38)，每个内部件在其外周表面上均形成有与所述双列外滚道表面(2a，2b)相对布置的双列内滚道表面(4a，5a，31a)；以及

双列滚珠组(3)，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件(2，30)的所述外滚道表面(2a，2b)与所述内部件(1，20，29，35，38)的所述内滚道表面(4a，5a，31a)之间，该轴承装置的特征在于：

靠近车轮安装凸缘(6)的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDo)大于远离所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDi)，并且

所述外滚道表面(2a，2b)和所述内滚道表面(4a，5a，31a)的肩部的各个角部(A，B，C，D)倒圆为光滑圆弧。

2、一种用于车轮的轴承装置，该用于车轮的轴承装置包括：外部件(2，30)，在该外部件的内周表面上形成有双列外滚道表面(2a，2b)；

内部件(1，20，29，35，38)，该内部件包括毂轮(4，21，36，39)，所述毂轮具有在其一端一体形成的车轮安装凸缘(6)、形成在该毂轮的外周表面上并与所述双列外滚道表面(2a，2b)中的一个滚道表面(2a)相对的一个内滚道表面(4a，31a)以及从所述内滚道表面(4a，31a)轴向延伸的柱形部(4b)，所述内部件还包括装配在所述柱形部(4b)上的内环(5)，在该内环的外周表面上形成有与所述双列外滚道表面(2a，2b)中的另一滚道表面(2b)相对的另一内滚道表面(5a)；以及

双列滚珠组(3)，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件(2，30)的所述外滚道表面(2a，2b)与所述内部件(1，20，29，35，38)的所述内滚道表面(4a，5a，31a)之间，该轴承装置的特征在于：

靠近所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDo)大于远离所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组(3)的节距圆直径(PCDi)，并且

在所述毂轮(4，21，36，39)的外侧端部处形成大致锥形的凹口(13，23)，该凹口(13，23)的深度至少延伸至所述毂轮(4，21，36，39)的所述内滚道表面(4a)的底部附近，使得所述毂轮(4，21，36，39)的外侧端部具有基本均匀的壁厚。

3、如权利要求2所述的用于车轮的轴承装置，其中，形成轴状部(22)使其从所述毂轮(21，39)的所述内滚道表面(4a)的底部朝向所述柱形部(4b)延伸，并且在所述轴状部(22)与所述内环(5)所抵靠的肩部(7b)之间形成锥形的阶梯状部(22a)，并且其中所述凹口(23)的深度超过所述内滚道表面(4a)的底部延伸至所述阶梯状部(22a)附近。

4、如权利要求3所述的用于车轮的轴承装置，其中，所述毂轮(4，21，36，39)在所述内滚道表面(4a)处沿滚珠接触角(α)方向的壁厚(t2)大于所述毂轮在所述内滚道表面(4a)的底部(d0)处的壁厚(t0)。

5、如权利要求2至4中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，在从所述车轮安装凸缘(6)的基部(6c)到所述柱形部(4b)的包括所述毂轮(36，39)的所述内滚道表面(4a)在内的区域中通过高频感应淬火连续形成预定的硬化层(37，40)。

6、如权利要求5所述的用于车轮的轴承装置，其中，所述毂轮(36，39)的外侧端的厚度设定为超过所述硬化层(37，40)的深度的两倍。

7、如权利要求2至6中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，所述毂轮(36，39)在所述内滚道表面(4a)处沿滚珠接触角(α)方向的壁厚设定为滚珠接触点的直径(d2)的0.2～0.3倍。

8、如权利要求1至7中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，所述外滚道表面(2a，2b)的各个对立部(F，H)倒圆为光滑圆弧，并且内周表面(25，26)的表面粗糙度限定为小于3.2Ra。

9、如权利要求1至8中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，各个内滚道表面(2a，2b)和外滚道表面(4a，5a，31a)的所述对立部(E，F，G，H)的内周表面或所述肩部的角部(A，B，C，D)在热处理后与所述内滚道表面(2a，2b)和外滚道表面(4a，5a，31a)通过成形砂轮(17，18，19，24，27，28)同时进行研磨。

10、如权利要求1至9中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，所述肩部的角部(A，B，C，D)的倒角尺寸(La，Lr)设定在0.15～0.8mm的范围内，圆角半径(R)设定在0.15～2.0R的范围内，并且其中光滑地形成过渡部。

11、如权利要求1至10中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，各个滚珠(3)的外径d与远离所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组(3)的节距圆直径PCDi之比d/PCDi设定在0.14≤(d/PCDi)≤0.25的范围内。

12、如权利要求1至11中任一项所述的用于车轮的轴承装置，其中，各个滚珠(3)的外径相同，靠近所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组的滚珠(3)数量大于远离所述车轮安装凸缘(6)的滚珠组的滚珠(3)数量。

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