CN101505975A - 车轮用轴承装置 - Google Patents

Abstract

[问题]提供一种车轮用轴承装置，其可通过解决减小轴承装置的重量并提高其紧凑程度与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题而延长轴承装置的寿命。[解决问题的手段]一种车用轴承装置，其包括具有三组双列滚珠(3)的双列角接触滚珠轴承。在这三组双列滚珠(3)中，外侧组滚珠(3)的节圆直径(PCDo)设定为大于内侧组双列滚珠(3)的节圆直径(PCDi)的值。同时，外部件(2)由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成。双列外滚道表面(2a，2b)形成有由高频淬火形成的表面硬度范围为58～64HRC的硬化层(13)。硬化层(13)的有效深度设为至少2mm，该部位的最小壁厚(t3，t4)设为至少4mm。

Description

车轮用轴承装置

技术领域

本发明涉及一种车轮用轴承装置，更具体地涉及这样一种用于车轮的车轮用轴承装置，其可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与可延长轴承装置的寿命相矛盾的问题。

背景技术

通常，车轮用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圈旋转型，对于从动轮采用内圈旋转和外圈旋转型。在这样的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、高耐错位性以及低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圈与旋转圈之间的滚珠，并且这些滚珠以预定的接触角与静止圈和旋转圈接触。

车轮用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式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节的外周上。在以下描述中，术语装置的“外侧”(图中的左手侧)是指在将轴承装置安装于车体上时位于车体外侧的那一侧，术语装置的“内侧”(图中的右手侧)是指在将轴承装置安装于车体上时位于车体内侧的那一侧。

在现有技术的由双列滚动轴承形成的车轮用轴承装置中，由于左右两列中的轴承结构相同，所以尽管在直道行驶期间其具有足够的刚度，但在弯道行驶期间不能总是获得最佳刚度。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，在右转时车辆左手侧的轴)上。因此，为了改进轴承装置的耐用性和强度，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11所示的车轮用轴承装置，其可在不增大轴承装置的情况下具有高刚度。

车轮用轴承装置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51c，在其内周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、形成在其外周上并与双列外滚道表面51a、51b中的一个外滚道表面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上的内圈54，在该内圈的外周上形成有与双列外滚道表面51a、51b中的另一外滚道表面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56、57；以及用于可滚动地保持滚珠56、57的保持架58、59。

通过使毂轮52的柱形部52b径向向外塑性变形而形成敛缝部52c，内圈54由敛缝部52c不可轴向运动地紧固。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的节圆直径D1设定为大于内侧滚珠组57的节圆直径D2。因此，毂轮52的内滚道表面52a的直径大于内圈54的内滚道表面54a的直径，并且外部件51外侧的外滚道表面51a的直径大于外部件51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。通过将外侧的节圆直径D1设定为大于内侧的节圆直径D2(D1>D2)，可以获得刚度较大的轴承装置50，从而延长其寿命。

专利文献1：日本专利特开2004-108449号公报

发明内容

本发明要解决的问题

在现有技术的轴承装置50中，由于外侧滚珠组56的节圆直径D1设定为大于内侧滚珠组57的节圆直径D2，因而毂轮52的内滚道表面52a的直径大于内圈54的内滚道表面54a的直径，因此可以增加外侧轴承列的刚度并由此延长车轮用轴承装置50的寿命。但是，由于外部件51和毂轮52均在外侧变大，因此它们的直径增大不可避免地使其重量增加，由此车轮用轴承装置的重量减轻受到限制。

相反，如果为了减轻外部件51的重量而过度减小外部件51的壁厚，则会导致这样的问题：当通过高频感应淬火使外滚道表面51a、51b形成有硬化层时会产生淬火裂纹。因而，有必要考虑增加外部件的强度和耐用性并减小重量和尺寸来确定外部件的壁厚极限。

另外，在现有技术的车轮用轴承装置50中，通过诸如锻造、车削、热处理、磨削、超精加工等的各种加工处理，由作为坯料的棒件制造外部件51和毂轮52。例如，如图12所示，最初对外部件51的轮廓进行锻造，在从车体安装凸缘51c的内侧面和与转向节接触的内侧外周表面经由其端部到内周表面的区域(由双点划线表示)中留有预定的磨削余量。

此外，在形成有具有不同的槽直径的双列外滚道表面51a、51b的外部件51中，将槽肩部62、63磨削到预定尺寸以防止所谓的“肩部跨越(riding-over)”，其中当向车轮用轴承装置作用弯矩负载时，滚珠56、57的接触椭圆线会跨越并脱离外滚道表面51a、51b。具体而言，由于在内侧外滚道表面51b与槽肩部63之间的角部(边界)上引起的弯矩负载的影响大于在外侧外滚道表面51a上引起的弯矩负载的影响，由此因滚珠56、57的跨越会在其上引起边缘负载，因此应严格限定槽肩部63的尺寸。在本说明书中，术语“边缘负载”是指在部件角部处产生的过度应力集中，这会在部件表面上产生过早剥离。

但是，外部件51的槽肩部62、63的车削不仅会导致外部件51的材料损失，而且会导致加工步骤增加并由此增加了制造成本。另外，由于在锻造过程中通过冲压形成槽肩部63，因此问题在于可如何减少坯料的材料损失。

此外，在左右非对称轴承结构的车轮用轴承装置50中，内侧和外侧轴承列中的内部空间容积不同。但是，由于不管内侧和外侧轴承列的内部空间容积的差异而在其中均匀地填充油脂，因此具有较小内部空间容积的内侧轴承列趋于填充有过量油脂。这种油脂的过度填充会导致油脂泄漏从而使制动器的有效性变差，并且会导致车轮用轴承装置的转矩增大从而增大了车辆的燃料消耗。

因此，本发明的一个目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并且还可以延长轴承装置的寿命。

本发明的另一目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以在减小轴承的重量和尺寸的情况下增加其刚度，并且可以通过减少车轮用轴承装置的材料损失而降低制造成本。

本发明的又一目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以保持最佳的润滑状态并由此延长车轮用轴承装置的寿命。

解决问题的手段

为了实现本发明的目的，提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：外部件，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部件，在该内部件的外周表面上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，该车轮用轴承装置的特征在于：所述外部件由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面处的最小壁厚设为至少4mm(第一方面)。

根据第一方面的车轮用轴承装置，由于其特征在于所述外部件由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面处的最小壁厚设为至少4mm，因此可以防止产生淬火裂纹，并可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由此可以延长轴承装置的寿命。

优选的是，外侧的所述双列滚珠组的节圆直径大于内侧的所述双列滚珠组的节圆直径。这样可以通过有效地利用轴承空间而与内侧轴承相比增加外侧轴承的刚度，并由此延长轴承寿命(第二方面)。

优选的是，所述滚珠组的各滚珠的外径彼此相同，外侧的滚珠数量大于内侧的滚珠数量。这样还可以通过保持轴承刚度而延长轴承寿命(第三方面)。

还优选的是，所述内部件包括毂轮和内圈，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上并与所述双列外滚道表面中的一个外滚道表面相对的一个内滚道表面以及从所述内滚道表面经由轴状部轴向延伸的柱形部，所述内圈以预定过盈装配在所述毂轮的柱形部上，在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面中的另一外滚道表面相对的另一内滚道表面；通过高频感应淬火在从所述毂轮的车轮安装凸缘的内侧基部到所述柱形部的区域中连续形成有预定的硬化层；在所述毂轮的外侧端部处形成有大致锥形的凹口，所述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，使得所述毂轮在所述内滚道表面处的壁厚设定在预定范围内；并且所述毂轮的外侧端的壁厚对应于所述凹口的构造而基本恒定，并且至少是所述硬化层的有效深度的两倍。这样也可以防止产生淬火裂纹，并可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由此可以延长轴承装置的寿命(第四方面)。

优选的是，所述毂轮在所述内滚道表面处的最小壁厚设定在该位置处的直径的0.2～0.3倍的范围内。这样可以通过相应于车轮轴承的使用条件保持毂轮的强度和刚度而减轻其重量(第五方面)。

还优选的是，在所述双列外滚道表面附近分别形成有肩部；大直径侧肩部和小直径侧肩部之间的台阶部由具有预定斜度的锥面形成，或者大直径侧肩部形成为从小直径侧肩部朝向大直径侧外滚道表面以直径增加的方式延伸的锥面，并且所述台阶部和所述肩部保持具有锻造表面。这样可以在不降低外部件的强度和刚度的情况下减少材料损失，并且通过提高锻造过程中的塑性流动性而提高加工精度。另外，可以使冲压过程容易并减少冲压步骤的数量，而且可以减少坯料的材料损失以实现制造成本的降低(第六方面)。

优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在车体的转向节上的车体安装凸缘，并且所述大直径侧肩部延伸到所述车体安装凸缘的基部附近的位置(第七方面)。

还优选的是，所述大直径侧肩部由具有预定斜度的锥面形成，并且所述大直径侧肩部与所述小直径侧肩部之间的台阶部具有圆弧形结构的截面(第八方面)。

优选的是，所述毂轮的内滚道表面的台部(counter portion)形成为具有柱形结构，将所述台部和所述轴状部相连的台阶部形成为具有圆弧形或锥形结构的截面，并且该轴状部和该台阶部保持具有锻造表面。这样可以在不降低外部件的强度和刚度的情况下减少材料损失，并且通过提高锻造过程中的塑性流动性而提高加工精度(第九方面)。

优选的是，将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左右各轴承列内的内部空间的容积比成比例。这样尽管左右轴承列具有不同的节圆直径并由此具有不同的内部空间容积，也能确保最佳的油脂填充量。因而，可以提供这样一种车轮用轴承装置，其在保持最佳的润滑条件的情况下具有高轴承刚度和延长的轴承寿命(第十方面)。

还优选的是，填充在左右各轴承列内的油脂量设定在左右各轴承列的内部空间容积的40～60％的范围内。这样可以防止油脂泄漏并防止轴承转矩增大(第十一方面)。

优选的是，所述外部件装配在轻合金制的所述转向节中，并且其中至少所述外部件的与所述转向节接触的外周表面形成有绝缘涂层，所述外部件的除了与所述转向节接触的所述外周表面之外的周面形成有以预定轴向长度被磨削的柱形支撑表面。这样由于在对双列外滚道表面进行磨削时支撑表面并不接触转向节，因此可使得转向节的金属与外部件的金属之间具有良好的绝缘。因而，可以防止在转向节上产生因钢外部件和轻合金转向节的组合而引起的电腐蚀，并由此提供可靠性提高的车轮用轴承装置(第十二方面)。

优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在所述转向节上的车体安装凸缘，所述转向节装配在所述车体安装凸缘的内侧外周上，并且所述支撑表面形成在所述外部件的外侧端的外周表面上(第十三方面)。

还优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在所述转向节上的车体安装凸缘，所述转向节装配在所述车体安装凸缘的内侧外周上，并且从所述外部件的内侧端面开始的预定长度上形成有除去绝缘涂层的柱形部，并且该除去绝缘涂层的柱形部用作所述支撑表面(第十四方面)。

发明效果

根据本发明的车轮用轴承装置，由于其特征在于所述外部件由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面处的最小壁厚设为至少4mm，因此可以防止产生淬火裂纹，并可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由此可以延长轴承装置的寿命。

实施本发明的最佳方式

实施本发明的最佳方式是一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：外部件，在该外部件的外周上一体形成有待安装在车辆的转向节上的车体安装凸缘，并且在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮，该毂轮具有在其一端一体形成的用于安装车轮的车轮安装凸缘、形成在该毂轮的外周上并与所述双列外滚道表面中的一个外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圈，在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面中的另一外滚道表面相对的另一内滚道表面；以及双列滚珠，所述双列滚珠可自由滚动地容纳在所述外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间，该车轮用轴承装置的特征在于：外侧的双列滚珠组的节圆直径大于内侧的双列滚珠组的节圆直径，所述外部件由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在所述外滚道表面处的最小壁厚设为至少4mm。

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的毂轮的放大纵向剖面图；

图3是图1的外部件的放大纵向剖面图；

图4(a)是图1的外部件在其锻造之后的纵向剖面图，图4(b)是图4(a)的修改例的纵向剖面图；

图5是图1的毂轮在其锻造之后的说明性纵向剖面图；

图6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7是图6的车轮用轴承装置的纵向平面图，示出了油脂填充步骤；

图8是表示本发明的车轮用轴承装置的第三实施方式的纵向剖面图；

图9(a)是表示图8的外部件的加工方法的前视图，图9(b)是沿图9(a)的线IX-IX剖取的纵向剖面图；

图10是外部件的修改例的纵向剖面图，示出对其进行的磨削作业；

图11是表示现有技术的车轮用轴承装置的纵向剖面图；以及

图12是图11的外部件的说明性纵向剖面图，示出其在锻造之后的构造。

附图标记说明

1、26              内部件

2、2’、29、35       外部件

3                    滚动元件

4、27                毂轮

4a、5a               内滚道表面

4b                   柱形部

4c                   敛缝部

5                    内圈

6                    车轮安装凸缘

6a                   毂螺栓

6b                   圆形孔

6c                   基部

7                    轴状部

7a、7c、16a、23a     台阶部

7b                   肩部

8、13                硬化层

9、10                保持架

11                   外侧密封件

12                   内侧密封件

14                   凹口

15                   台部

16、23               大直径侧肩部

17                   小直径侧肩部

18a                  车体安装凸缘的内侧面

18b                  外部件的内侧外周表面

19                   外部件的外侧端面

20                   外部件的内侧端面

21，22               密封件装配表面

24                   车轮安装凸缘的外侧面

25                   引导部

28                  油脂填充装置

28a、28b            喷嘴

30                  绝缘涂层

31、36              支撑表面

32                  背衬板

33                  滑履

34、37              成形砂轮

50                  车轮用轴承装置

51                  外部件

51a                 外侧外滚道表面

51b                 内侧外滚道表面

51c                 车体安装凸缘

52                  毂轮

52a、54b            内滚道表面

52b                 柱形部

52c                 敛缝部

53                  车轮安装凸缘

54                  内圈

55                  内部件

56、57              滚珠

58、59              保持架

60、61              密封件

62、63              槽肩部

d1                  基部的直径

d2                  毂轮的滚珠接触直径

di、do              喷嘴的直径

D1                  外侧滚珠的节圆直径

D2                  内侧滚珠的节圆直径

PCDo                外侧滚珠组的节圆直径

PCDi          内侧滚珠组的节圆直径

t1            基部的最小壁厚

t2            毂轮在滚珠接触角方向上的壁厚

t3、t4        外部件的最小壁厚

α             滚珠接触角

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的毂轮的放大纵向剖面图，图3是图1的外部件的放大纵向剖面图，图4(a)是图1的外部件在其锻造之后的纵向剖面图，图4(b)是图4(a)的修改例的纵向剖面图，图5是图1的毂轮在其锻造之后的说明性纵向剖面图。

图1所示的本发明的车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并包括内部件1、外部件2以及可滚动地容纳在内部件1与外部件2之间的双列滚动元件(滚珠)组3、3。内部件1包括毂轮4和压配在毂轮4上的内圈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多个毂螺栓6a，并且在这些毂螺栓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。

内圈5在其外周上形成有另一(内侧)内滚道表面5a，并适于压配在毂轮4的柱形部4b上以形成背靠背双联式双列角接触滚珠轴承，并且由敛缝部4c轴向紧固，敛缝部4c通过使柱形部4b的端部塑性变形而形成。内圈5和滚珠3由诸如SUJ2的高碳铬钢制成，并且通过浸入淬火硬化至其芯部而具有58～64HRC的硬度。

毂轮4由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢(例如S53C)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在内的区域形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层8(由交叉影线表示)。敛缝部4c保持其锻造之后的表面硬度。因此，车轮安装凸缘6具有足以抵抗施加到其上的旋转弯曲负载的机械强度，可提高在被内圈5压配的区域处的柱形部4b的抗微振磨损强度，并且可在敛缝过程中在没有任何微裂纹的情况下执行敛缝部4c的塑性变形作业。

外部件2在其外周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以及与内圈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。在外部件2与内部件1之间形成的环形空间的开口内安装密封件11、12，以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。

外部件2由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢(例如S53C)制成，双列外滚道表面2a、2b形成有通过高频感应淬火硬化的硬化层13(由交叉影线表示)，从而具有58～64HRC的表面硬度。尽管这里所述的结构为使用滚珠作为滚动元件3的双列角接触滚珠轴承，但是也可以采用使用锥形滚子作为滚动元件3的双列锥形滚子轴承。另外，本发明的车轮用轴承装置并不限于第三代轴承的结构，其也可应用于第一代、第二代和第四代轴承结构。

根据本发明的优选实施方式，外侧滚珠组3的节圆直径PCDo设定为大于内侧滚珠组3的节圆直径PCDi。由于节圆直径PCDi和PCDo的差异，外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。这使得与内侧轴承相比，可以通过有效地利用轴承空间而增加外侧轴承的刚度，并由此延长轴承寿命。

如图2所示，毂轮4具有从内滚道表面4a的槽底部经由台部15、轴状部7和内圈5所抵靠的肩部7b到柱形部4b的轮廓构造，轴状部7经由具有圆弧形截面的台阶部7a从台部15轴向延伸。为了减轻轴承装置的重量，在毂轮4的外侧端部处形成有大致轴向延伸的锥形凹口14。通过锻造形成凹口14，并且凹口14的深度延伸到毂轮4的外侧内滚道表面4a的底部附近，以使得毂轮4的外侧端部具有基本恒定的壁厚。也就是说，由于考虑到毂轮4会在外侧滚珠3的接触角α范围内变形，本发明的发明人对位于接触角α之外的毂轮4的端部壁厚引起了注意。

形成密封件台面部的车轮安装凸缘6的基部6c形成为具有圆弧形截面。发明人尝试通过利用有限元(FEM)分析从基部6c的最小壁厚t1与该位置处的直径d1之间的关系获得毂轮的刚度，并发现通过将最小壁厚t1设定在0.2≦(t1/d1)≦0.3的范围内，可以通过相应于车轮用轴承装置的使用条件保持毂轮4的强度和刚度而实现重量减轻。如果基部6c的最小壁厚t1比该部分的直径d1的20％小，则毂轮4的变形变大，由此不能获得期望的刚度。相反，如果最小壁厚t1超过直径d1的30％，也不会实现预期的刚度增加，相反会增加毂轮的重量。

此外，根据本发明的优选实施方式，将基部6c的最小壁厚t1设定为硬化层8的有效深度的至少两倍。与车轮安装凸缘6的基部6c相似，将毂轮4沿滚珠3的接触角α方向的最小壁厚t2与该位置处的直径d2(滚珠接触直径)之间的关系设定在0.2≦(t2/d2)≦0.3范围内，并且将最小壁厚t2设定为硬化层8的有效深度的至少两倍。

在这种车轮用轴承装置中，尽管毂轮4通常设计成当车辆在弯道上行驶时该毂轮能够承受对应于0.8G(重力加速度)的负载，但是由于与滚珠3的接触而在内滚道表面4a的约0.4mm的深度处产生最大剪切应力。由于为了满足期望的滚动疲劳寿命而有必要形成强度是最大剪切应力的至少约五倍的硬化层8，因此通过在由高频感应淬火形成的硬化层8的最小有效硬化深度上增加2mm的变化，而将有效硬化深度设为3.5mm。

在具有这一结构的车轮用轴承装置中，由于外侧滚珠组3的节圆直径PCDo大于内侧滚珠组3的节圆直径PCDi并且外侧滚珠组3的滚珠数量因而也大于内侧滚珠组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，在毂轮4的外侧端部处形成凹口14，将壁厚t1、t2设定在对应于凹口14的预定范围内，另外将硬化层8的深度设定在预定范围内，使得毂轮4在该外侧端部处的壁厚基本恒定。这样能够解决减小轴承装置的重量和尺寸与增大轴承装置的刚度相矛盾的问题。

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16、台阶部16a和直径较小的肩部17延续到内侧外滚道表面2b。内侧外滚道表面2b的底部的内径设定为使其与大直径侧肩部16的内径基本相同。

如图3所示，与毂轮4相似，外部件2至少在其外滚道表面2a、2b上形成有强度约为最大剪切应力的五倍的硬化层13，以满足期望的滚动疲劳寿命。通过在由高频感应淬火形成的硬化层13的最小有效硬化深度上增加2mm的变化，而将有效硬化深度设为3.5mm。

另外，在外部件2中，将最小壁厚t3、t4设为4mm，并保持未淬火部分(未硬化部分)为约0.5mm，以防止产生会在最小壁厚部分(这里为外滚道表面2a、2b的底部)上引起的淬火裂纹。这样可以解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸与增大轴承装置的刚度相矛盾的问题。

通过对坯料棒件进行锻造而将外部件2形成为具有如图4(a)所示(由双点划线所示)的预定锻造结构。也就是说，外部件2被锻造后剩下的部分包括转向节(未示出)所抵靠的车体安装凸缘2c的内侧面18a、转向节装配于其上的内侧外周表面18b、两端面19、20、密封件11、12装配于其上的密封件装配表面21、22、双列外滚道表面2a、2b以及小直径侧肩部17。

根据本发明的优选实施方式，大直径侧肩部16形成为具有用于锻造拔模斜度的相对较小倾角的小锥面，并延伸到车体安装凸缘2c的基部附近。另一方面，小直径侧肩部17的轴向尺寸被限制为最小长度，并且小直径侧肩部17与大直径侧肩部16之间的台阶部16a形成为具有大于锻造拔模斜度的预定倾角的锥面。这样可以在不降低外部件2的强度和刚度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造期间的塑性流动性，由此提高加工精度。另外，这样可以使得冲压加工容易并减少冲压步骤的数量，而且可以减少坯料的材料损失以降低制造成本。

另一方面，通过在锻造之后进行车削而将小直径侧肩部17形成为具有预定内径，但是大直径侧肩部16和台阶部16a不被车削而保持它们的原始锻造表面。这样可以进一步减少材料损失和车削步骤的数量，并由此可以进一步降低制造成本。

图4(b)表示图4(a)中所示实施方式的修改例。在该修改例的外部件2’中，大直径侧肩部23形成有具有预定斜度的锥面，该锥面从小直径侧柱形肩部17经由具有圆弧形截面的台阶部23a延伸。这样可以在不降低外部件2’的强度和刚度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造期间的塑性流动性。

另一方面，与前述外部件2的制造方法相似，通过对坯料棒件进行锻造而将毂轮4形成为具有如图5所示(由双点划线所示)的预定锻造结构。也就是说，在留有磨削余量的情况下对制动转子(未示出)所抵靠的车轮安装凸缘6的外侧面24、用于支撑轮和制动转子的引导部25、车轮安装凸缘6的基部6c、内滚道表面4a、台部15和柱形部4b进行锻造。

在该优选实施方式中，台部15形成为具有柱形结构，台部15和轴状部7相连的台阶部7a形成为具有圆弧形截面。这样可以在不降低毂轮4的强度和刚度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造期间的塑性流动性，由此提高加工精度。尽管通过在锻造之后进行车削将台部15形成为具有预定结构和尺寸，但是轴状部7和台阶部7a不被车削而保持它们的原始锻造表面。这样可以进一步减少材料损失和车削步骤的数量，并由此进一步降低制造成本。台阶部7a的截面结构并不限于圆弧形，而可以是具有预定倾角的锥形结构。另外，根据该实施方式，尽管在小直径侧肩部17与大直径侧肩部16之间形成具有预定倾角的台阶部16a，也可以将台阶部16a和大直径侧肩部16替换为具有一个锥面的肩部。

如上所述，根据第一优选实施方式，由于外部件2和毂轮4具有可改善锻造期间的塑性流动性而不降低其强度和刚度的锻造结构，因此可以提高锻造加工精度并将待车削部分减为最小，并由此实现减少材料损失、减少车削步骤的数量及降低制造成本。

第二实施方式

图6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7是图6的车轮用轴承装置的说明性纵向剖面图，示出油脂填充步骤。由于第二实施方式与第一实施方式的部分区别仅在于毂轮的结构，因此这里使用相同的附图标记来表示与第一实施方式中所用的具有相同功能的相同部件。

该车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并包括内部件26、外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件26与外部件2之间的双列滚珠组3、3。内部件26包括毂轮27和以预定过盈压配在毂轮27上的内圈5。

毂轮27一体形成有在其外侧端的车轮安装凸缘6、在其外周上的一个(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。

毂轮27具有从内滚道表面4a的槽底部经由台部15、轴状部7和内圈5所抵靠的肩部7b到柱形部4b的轮廓构造，轴状部7经由大致垂直的台阶部7c从台部15轴向延伸。在毂轮27的外侧端部处形成有锥形凹口14。凹口14的深度延伸到毂轮27的外侧内滚道表面4a的底部附近，以使得毂轮27的外侧端部具有基本恒定的壁厚。由于节圆直径PCDi和PCDo的差异，毂轮27的内滚道表面4a的直径大于内圈5的内滚道表面5a的直径，并将轴状部7的外径设定为使其与内滚道表面5a的槽底部直径基本相同。

毂轮27由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢(例如S53C)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在内的区域被硬化为具有58～64HRC的表面硬度。

在第二实施方式中，将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左右各轴承列内的内部空间的容积比成比例。也就是说，外侧轴承列相对于外侧整个空间容积以40～60％(优选45～55％)的比率填充油脂，并且内侧轴承列相对于内侧整个空间容积以40～60％(优选45～55％)的比率填充油脂。另外，左右轴承列中的油脂重量变化限于±20％的范围内。在本说明书中，术语外侧和内侧“整个空间容积”是指从外轴承列和内轴承列的滚珠3、3的节圆分别到外密封件11和内密封件12的轴承内侧的整个空间容积。

如图7所示，通过由保持架9、10预先保持双列滚珠3、3，并在使滚珠盒装配在内部件2中的情况下将油脂填充装置28朝向箭头所示的方向插入，而在轴承内填充油脂。也就是说，通过相对地布置从油脂填充装置28朝向双列滚珠盒径向伸出的多个双列喷嘴28a、28b，而填充预定量的油脂。

外侧列的各喷嘴28a的直径do大于内侧列的各喷嘴28b的直径，并将平方比设为使其对应于左右列的内部空间容积比。这样尽管由于双列滚珠3、3的节圆直径PCDo、PCDi的差异导致左右列的内部空间容积的差异，也能确保最佳的油脂填充量。因而，可以解决诸如在车辆行驶期间油脂泄漏及车轮用轴承装置的转矩增大的问题。

尽管上面描述了通过改变外侧和内侧喷嘴28a、28b的直径do、di来控制油脂填充量，但本发明并不限于该结构，也可以通过改变外侧和内侧喷嘴28a、28b的数量来实现对油脂填充量的控制。

第三实施方式

图8是表示本发明的车轮用轴承装置的第三实施方式的纵向剖面图，图9(a)是表示图8的外部件的加工方法的前视图，图9(b)是沿图9(a)的线IX-IX剖取的纵向剖面图。由于第三实施方式与第二实施方式(图6)的部分区别仅在于外部件的结构，因此这里使用相同的附图标记来表示与前述实施方式中所用的具有相同功能的相同部件。

该车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并包括内部件26、外部件29以及可自由滚动地容纳在内部件26与外部件29之间的双列滚珠组3、3。外部件29在其外周上一体形成有待安装在铝合金转向节N上的车体安装凸缘2c，并在其内周上一体形成有双列外滚道表面2a、2b。外部件29由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢(例如S53C)制成，双列外滚道表面2a、2b被硬化而具有58～64HRC的表面硬度。

待装配到铝合金转向节N中的外部件29形成有绝缘涂层30(由交叉影线示出)，这是通过对转向节N所抵靠的表面进行达克罗处理(dacrotized treatment)而形成的，所述表面即车体安装凸缘2c的内侧面18a和外周表面18b。这能够在防止在转向节N上产生电腐蚀。也就是说，当使诸如外部件29的钢和转向节N的轻合金之类的两种金属暴露于腐蚀环境时，低电位差的金属(在这种情况下为转向节的铝合金)变为阳极而导致过早腐蚀。绝缘涂层30能够确实防止因不同金属的组合而引起的转向节N的过早电腐蚀，即电化腐蚀。

例如，对于本发明可以使用镀镍或镀锌、或者阴极电镀或氟碳电镀，而不是达克罗处理。绝缘涂层30可以涂覆于整个外周表面，以减少诸如掩模等的制造步骤。

在外部件的外侧端的外周上，即在与形成有绝缘涂层30的内侧相反侧端的外周上，形成有支撑表面31。通过研磨将支撑表面31修整为具有柱形构造。图9表示对外部件29的双列外滚道表面2a、2b进行研磨的方法，其中，将外部件29的外侧端面19磁吸引到背衬板32上，在使支撑表面被一对滑履33、33滑动支撑的情况下在对中状态下旋转支撑外部件29。在该情形下，同时对双列外滚道表面2a、2b和小直径侧肩部17进行研磨。通过旋转修整器将成形砂轮34的外周表面预先形成为具有对应于双列滚道表面2a、2b的轮廓构造。

如上所述，根据本发明的第三实施方式，由于绝缘涂层30形成于外部件29的抵靠转向节N的外周表面上，并且支撑表面31形成于外部件29的未抵靠转向节N的外周表面上，因此可以在不会由于滑履33与外部件29之间的滑动接触导致绝缘涂层30剥离的情况下，保持转向节N与外部件29之间良好的绝缘。因此，能够防止在转向节上产生由于钢外部件与轻金属转向节的结合而引起的电腐蚀，从而提供可靠性得以改善的车轮轴承。

图10表示图9的外部件的修改例，并且是对该外部件进行的磨削作业的图。通过在外部件35的车体安装凸缘2c的内侧面18a和内侧端的外周表面18b上进行达克罗处理，而使外部件35形成有绝缘涂层30。通过将绝缘涂层30的一部分磨掉而在从内侧端20到预定长度的区域上形成支撑表面36，该支撑表面形成小直径台阶部。与图9(b)的实施方式不同，在该修改例中，外部件35的内侧端面20磁吸引到背衬板32上，并且在支撑表面36被一对滑履33、33滑动支撑的情况下使外部件35对中。在该情形下，通过成形砂轮37同时对双列外滚道表面2a、2b和小直径侧肩部17进行研磨。

根据本发明的第三实施方式，由于绝缘涂层30形成于外部件35的抵靠转向节N的外周表面上并且通过将绝缘涂层30的一部分磨掉而形成支撑表面36，因此可以由滑履33稳定地支撑外部件35，并且因为磨掉的支撑表面36不与转向节N接触，所以可以获得转向节N与外部件35之间的良好绝缘。因而，可以防止在转向节上产生因钢外部件和轻合金转向节的组合而引起的电腐蚀，并且提供具有减小的重量和尺寸的车轮用轴承装置。

已参考优选实施方式描述了本发明。显然，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会想到多种修改和替代。本发明应理解为包括所有这样的修改和替代，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

工业实用性

本发明的车轮用轴承装置无论是用于驱动轮还是从动轮都可应用于第一代至第四代的任一轴承装置。

Claims (14)

1、一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：外部件(2，29，35)，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面(2a，2b)；内部件(1，26)，在该内部件的外周表面上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)；以及双列滚珠组(3，3)，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件(2，29，35)的所述外滚道表面(2a，2b)与所述内部件(1，26)的所述内滚道表面(4a，5a)之间，该车轮用轴承装置的特征在于：

所述外部件(2，29，35)由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面(2a，2b)形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层(13)，并且

所述硬化层(13)的有效深度设为至少2mm，并且所述外部件(2，29，35)在这些外滚道表面(2a，2b)处的最小壁厚设为至少4mm。

2、根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其中，外侧的所述双列滚珠组(3)的节圆直径(PCDo)大于内侧的所述双列滚珠组(3)的节圆直径(PCDi)。

3、根据权利要求2所述的车轮用轴承装置，其中，所述滚珠组的各滚珠(3)的外径彼此相同，外侧的滚珠(3)的数量大于内侧的滚珠(3)的数量。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所述内部件(1，26)包括毂轮(4，27)和内圈(5)，所述毂轮(4，27)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上并与所述双列外滚道表面(2a，2b)中的一个外滚道表面(2a)相对的一个内滚道表面(4a)以及从所述内滚道表面(4a)经由轴状部(7)轴向延伸的柱形部(4b)，所述内圈(5)以预定过盈装配在所述毂轮(4，27)的柱形部(4b)上，在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面(2a，2b)中的另一外滚道表面(2b)相对的另一内滚道表面(5a)；其中通过高频感应淬火在从所述毂轮(4，27)的车轮安装凸缘(6)的内侧基部(6c)到所述柱形部(4b)的区域中连续形成有预定的硬化层(8)；其中在所述毂轮(4，27)的外侧端部处形成有大致锥形的凹口(14)，所述凹口(14)的深度至少延伸至所述毂轮(4)的所述内滚道表面(4a)的底部附近，使得所述毂轮(4，27)在所述内滚道表面(4a)处的壁厚(t2)设定在预定范围内；并且其中所述毂轮(4，27)的外侧端的壁厚对应于所述凹口(14)的构造而基本恒定，并至少是所述硬化层(8)的有效深度的两倍。

5、根据权利要求4所述的车轮用轴承装置，其中，所述毂轮(4，27)在所述内滚道表面(4a)处的最小壁厚(t2)设定在该位置处的直径的0.2～0.3倍的范围内。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，在所述双列外滚道表面(2a，2b)附近分别形成有肩部(16，17)；其中大直径侧肩部(16)和小直径侧肩部(17)之间的台阶部(16a)由具有预定斜度的锥面形成，或者大直径侧肩部(23)形成为从小直径侧肩部(17)朝向大直径侧外滚道表面(2a)以直径增加的方式延伸的锥面，并且其中所述台阶部(16a)和所述肩部(16，23)保持具有锻造表面。

7、根据权利要求6所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(2，29，35)在其外周上一体形成有待安装在车体的转向节(N)上的车体安装凸缘(2c)，并且其中所述大直径侧肩部(16)延伸到所述车体安装凸缘(2c)的基部附近的位置。

8、根据权利要求6或7所述的车轮用轴承装置，其中，所述大直径侧肩部(23)由具有预定斜度的锥面(23)形成，并且所述大直径侧肩部(23)与所述小直径侧肩部(17)之间的台阶部(23a)具有圆弧形结构的截面。

9、根据权利要求4至8中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所述毂轮(4，27)的内滚道表面(4a)的台部(15)形成为具有柱形结构，将所述台部(15)和所述轴状部(7)相连的台阶部(7a)形成为具有圆弧形或锥形结构的截面，并且其中该轴状部(7)和该台阶部(7a)保持为具有锻造表面。

10、根据权利要求2至9中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左右各轴承列内的内部空间的容积比成比例。

11、根据权利要求10所述的车轮用轴承装置，其中，填充在左右各轴承列内的油脂量设定在左右各轴承列的内部空间容积的40～60％的范围内。

12、根据权利要求1至11中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(29，35)装配在轻合金制的所述转向节(N)中，并且其中至少所述外部件(29，35)的与所述转向节(N)接触的外周表面形成有绝缘涂层(30)，所述外部件(29，35)的除了与所述转向节(N)接触的所述外周表面之外的周面形成有以预定轴向长度被磨削的柱形支撑表面(31，36)。

13、根据权利要求12所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(29，35)在其外周上一体形成有待安装在所述转向节(N)上的车体安装凸缘(2c)，其中所述转向节(N)装配在所述车体安装凸缘(2c)的内侧外周上，并且其中所述支撑表面(31，36)形成在所述外部件(29，35)的外侧端的外周表面上。

14、根据权利要求12所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(29，35)在其外周上一体形成有待安装在所述转向节(N)上的车体安装凸缘(2c)，其中所述转向节(N)装配在所述车体安装凸缘(2c)的内侧外周上，并且其中从所述外部件(29，35)的内侧端面(20)开始的预定长度上形成有除去绝缘涂层的柱形部，并且该除去绝缘涂层的柱形部用作所述支撑表面(36)。

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