CN101506536B - 车轮用轴承装置 - Google Patents

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Abstract

[问题]通过增强密封件的密封性和耐用性而延长车轮用轴承装置的使用寿命。[解决问题的手段]一种车轮用轴承装置，其可确保指定拉动阻力以及期望密封性能，并通过增强密封件(11)的密封性和耐用性而延长轴承的使用寿命，并且设置毂轮(40)，该毂轮在其一端具有车轮安装凸缘(6)并在其外周上直接形成有内滚道表面(4a)，密封件(11)在外侧逐渐朝其顶端径向向外倾斜并与侧唇(18a)一体形成，该侧唇以指定过盈与车轮安装凸缘(6)内侧的基部(6c)滑动接触，该侧唇(18a)的初始最大直径形成为小于密封件(11)的最大直径，它们之间在一侧的直径之差(e)设定为至少1mm，使得能在不与侧唇(18a)干涉的情况下通过压配合工具稳定地压配密封件(11)。

Description

车轮用轴承装置
技术领域
本发明涉及一种用于相对于悬架装置可自由旋转地支撑诸如机动车的车辆车轮的车轮用轴承装置，更具体地涉及这样一种车轮用轴承装置，其旨在通过改善安装在该车轮用轴承装置上的密封件的密封性和耐用性而延长该车轮用轴承装置的寿命。
背景技术
用于支撑车轮的车轮用轴承装置是通过双列滚动轴承可自由旋转地支撑用于安装车轮的毂轮的装置，并存在用于驱动轮和从动轮的车轮用轴承装置。由于结构的原因，对于驱动轮采用内圈旋转型，对于从动轮采用内圈旋转型和外圈旋转型。车轮用轴承装置有四代型，即：第一代型，其中包括双列角接触滚珠轴承等的车轮轴承装配在悬架装置的转向节形成部与毂轮之间；第二代型，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；第三代型，其中一个内滚道表面直接形成在毂轮的外周上；以及第四代型，其中内滚道表面形成在毂轮和外接合部件各自的外周上。
在轴承部中，安装密封件以防止密封在轴承内的润滑油脂泄漏并防止雨水或灰尘从外部进入轴承中。近来在机动车中采取了免维修思想，并由此期望进一步延长车轮用轴承装置的使用寿命。在这种情况下，在对所回收轴承的损伤进行检验之后发现，使车轮轴承受损的主要原因是由于密封缺陷而不是轴承构成元件的剥离。因而确定，可通过改善轴承密封件的密封性和耐用性而延长轴承的使用寿命。
已提出多种密封件来改善密封性，在图4中示出了这种密封件的一个示例。密封件50适于安装在内周上形成有外滚道表面51a的外圈51与形成有与外滚道表面51a相对的内滚道表面52a的毂轮52之间以填充外圈51的内周与毂轮52的外周之间的外端开口。密封件50包括：例如由软金属板制成的芯金属53，其适于装配在外圈51的内周中；以及例如由诸如橡胶的弹性体部件制成的密封部件54，其附着于芯金属53上。密封部件54包括三个同心的密封唇，即侧唇55、防尘唇56和油脂唇57。
在三个密封唇55、56、57中布置在径向最外侧的侧唇55形成为朝向其顶部径向向外延伸，并且该顶部适于在其整个周边上以预定过盈与毂轮52的车轮安装凸缘58的内侧的径向内部滑动接触。
中间的防尘唇56适于在其整个周边上以预定过盈与在毂轮52的内侧面和外周表面之间的连接部处的曲面60滑动接触，其顶部朝向与轴承的内部空间59相反的方向。
布置成最靠近轴承的内部空间59的油脂唇57在其顶部朝向内部空间59的情形下形成迷宫式间隙61。由于迷宫式间隙61位于内部空间59的外端开口的最内侧，因此填充在内部空间59内的油脂趋于通过因毂轮52旋转产生的离心力而径向向外聚集。
也就是说，当毂轮52旋转时，滚珠62和保持架63以毂轮52的旋转速度约一半的速度旋转，并且该旋转被传递给油脂。结果，油脂趋于从内部空间59径向向外聚集，并由此出现在迷宫式间隙61附近的径向内侧位置处几乎没有油脂的情况。因而，将油脂唇57布置成使其朝向内部空间59径向向内延伸，能够防止油脂通过迷宫式间隙61从内部空间59泄漏，并由此保持必要的密封性能，以减少毂轮52的旋转阻力，并改善车辆的行驶性能。
专利文献1：日本特开2003-222145号公报
发明内容
本发明要解决的问题
在现有技术的密封件50中，可以通过油脂唇57的迷宫式间隙61有效地防止油脂泄漏，并且还可以通过朝向它们的顶部径向向外延伸的侧唇55和防尘唇56而防止雨水或灰尘从外部进入轴承中。在这种情形下，已知的是由于密封唇的长度越长，就可以获得越充足的弹性，并由此侧唇55可以在其整个周边上以均匀过盈与车轮安装凸缘58内侧的径向向内部分滑动接触，因此可以通过增加径向最外侧的侧唇55的长度而改善密封性能。
但是，侧唇55的长度越长，其外径就越大，从而在将密封件50压配合到外圈51中时压配合工具(未示出)趋于与侧唇55干涉而使侧唇55受损。因而，为了避免压配合工具与侧唇55的这种干涉，采用具有用于压配合密封件50端面的薄爪的简单压配合工具，其可以插入侧唇55周围的窄环形空间中。但是，这种具有薄爪的压配合工具不能在密封件50的端面上施加足够的压配合力，因而在轴承中的压力因轴承温度上升而升高时密封件有可能会被推出外部件。
因此，本发明的目的是提供一种车轮用轴承装置，通过改善其密封件的密封性和耐用性而可延长该车轮用轴承装置的使用寿命。
解决问题的手段
为了实现本发明的目的，根据本发明的第一方面，提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：外部件，在该外部件的外周上形成有待安装在车体上的车体安装凸缘，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮和内圈或等速万向节的外接合部件，所述毂轮在其一端形成有车轮安装凸缘，在其外周上形成有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，所述内圈或等速万向节的外接合部件压配合到所述毂轮的柱形部上，在该内圈或等速万向节的外接合部件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；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；以及密封件，该密封件安装在所述外部件的外侧端内部，该车轮用轴承装置的特征在于：所述密封件具有一体形成的侧唇，该侧唇朝向其顶部径向向外延伸并以预定过盈与所述车轮安装凸缘的内侧基部滑动接触，并且所述侧唇的初始最大直径形成为小于所述密封件的最大直径，所述侧唇的初始最大直径的一半与所述密封件的最大直径的一半之差设定为至少1mm，所述密封件还包括：布置在所述侧唇的径向内侧的防尘唇，该防尘唇朝向其顶部径向向外延伸且长度比所述侧唇的长度短，并以预定过盈与所述基部滑动接触；以及油脂唇，在该油脂唇的顶部朝向所述轴承内部的情况下该油脂唇形成径向唇，其中，所述侧唇和所述防尘唇越靠近它们的前端越朝径向外侧倾斜，并且以即使产生0.3MPa内压也不会使密封件脱出的防脱力压入所述密封件，且所述密封件相对于所述外部件的外侧端面被压入至所述外部件的内侧。
根据本发明的第一方面，由于所述毂轮在其一端形成有车轮安装凸缘，在其外周上形成有一个内滚道表面，所述密封件具有一体形成的侧唇，该侧唇朝向其顶部径向向外延伸并以预定过盈与所述车轮安装凸缘的内侧基部滑动接触，所述侧唇的初始最大直径形成为小于所述密封件的最大直径，并且所述侧唇的初始最大直径与所述密封件的最大直径在一侧(即，半径)之差设定为至少1mm，因此可以提供这样一种车轮用轴承装置，其能够在不与侧唇干涉的情况下将密封件稳定地压配合到外部件中，保持抵抗推出力的预定阻力以改善密封件的密封性和耐用性，由此能延长轴承装置的寿命。并且可以防止油脂泄漏并防止雨水或灰尘从外部进入轴承。
优选的是，如本发明第二方面中所限定的，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。这样与内侧的轴承刚度相比，可以增加外侧的轴承刚度，由此在进一步有效地防止由于节圆直径差异导致的外侧密封件被推出的情况下，可延长轴承装置的寿命并长期保持轴承的稳定密封性能。
发明效果
根据本发明的车轮用轴承装置，由于其包括：外部件，在该外部件的外周上形成有待安装在车体上的车体安装凸缘，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮和内圈或等速万向节的外接合部件，所述毂轮在其一端形成有车轮安装凸缘，在其外周上形成有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，所述内圈或等速万向节的外接合部件压配合到所述毂轮的柱形部上，在该内圈或等速万向节的外接合部件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；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；以及密封件，该密封件安装在所述外部件的外侧端内部，该车轮用轴承装置的特征在于：所述密封件具有一体形成的侧唇，该侧唇朝向其顶部径向向外延伸并以预定过盈与所述车轮安装凸缘的内侧基部滑动接触，并且所述侧唇的初始最大直径形成为小于所述密封件的最大直径，所述侧唇的初始最大直径的一半与所述密封件的最大直径的一半之差设定为至少1mm，因此可以提供这样一种车轮用轴承装置，其能够在不与侧唇干涉的情况下将密封件稳定地压配合到外部件中，保持抵抗推出力的预定阻力以改善密封件的密封性和耐用性，由此能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形成有待安装在车体上的车体安装凸缘，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮和内圈或等速万向节的外接合部件，所述毂轮在其一端形成有车轮安装凸缘，在其外周上形成有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，所述内圈或等速万向节的外接合部件压配合到所述毂轮的柱形部上，在该内圈或等速万向节的外接合部件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；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；以及密封件，该密封件安装在所述外部件的外侧端内部，该车轮用轴承装置的特征在于：所述密封件具有一体形成的侧唇、防尘唇和油脂唇，所述侧唇和防尘唇适于以预定过盈与位于所述车轮安装凸缘内侧的具有圆弧形截面的基部滑动接触，所述油脂唇在其顶部指向轴承内部的情况下形成径向唇，并且所述侧唇的初始最大直径形成为小于所述密封件的最大直径，所述侧唇的初始最大直径的一半与所述密封件的最大直径的一半之差设定为至少1mm。
附图说明
图1是表示本发明的车轮用轴承装置的一个优选实施方式的纵向剖面图；
图2是图1的局部放大图；
图3是表示本发明的密封件的压配合方法的说明图；以及
图4是表示现有技术的车轮用轴承装置的密封件的局部放大图。
附图标记说明
1              内部件
2              外部件
3              滚珠(组)
4              毂轮
4a、5a         内滚道表面
4b             柱形部
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、15a        台阶部
7b、15、16     肩部
8              敛缝部
9、10          保持架
11、12         密封件
12a            挡油环
12b            密封板
13             台部
14             凹口
17             芯金属
17a         装配部
17b         内侧部
18          密封部件
18a         侧唇
18b         防尘唇
18c         油脂唇
19          压配合工具
19a         挤压部
50          外侧密封件
51          外部件
51a         外滚道表面
52          毂轮
52a         内滚道表面
53          芯金属
54          密封部件
55          侧唇
56          防尘唇
57          油脂唇
58          车轮安装凸缘
59          内部空间
60          曲面部
61          迷宫式间隙
62          滚珠(组)
63          保持架
e           侧唇和密封件之间的最外侧半径之差
PCDi        内侧滚珠的节圆直径
PCDo        外侧滚珠的节圆直径
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的一个优选实施方式。
图1是表示本发明的车轮用轴承装置的一个优选实施方式的纵向剖面图，图2是图1的局部放大图，图3是表示本发明的密封件的压配合方法的说明图。在本说明书的描述中，术语“外侧”限定为在将轴承装置安装于车体上时位于车体外侧的那一侧(图中的左手侧)，术语“内侧”限定为在将轴承装置安装于车体上时位于车体内侧的那一侧(图中的右手侧)。
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，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和以预定过盈压配合在毂轮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，并适于压配合在毂轮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。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在内的区域被硬化为具有58～64HRC的表面硬度。敛缝部8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压配合的区域处的柱形部4b的抗微振磨损强度，并且也可在敛缝过程中在没有任何微裂纹的情况下执行敛缝部8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。
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通过高频感应淬火被硬化而具有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开口内安装密封件11、12。内侧密封件12形成包括挡油环12a和密封板12b的所谓的“充填密封件”，并防止容纳在轴承内的油脂泄漏，且防止雨水和灰尘从外部进入轴承。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，其也可应用于其中内滚道表面直接形成于毂轮上的第四代轴承的结构。
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，所以尽管滚珠具有相同的尺寸，外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。这样可以在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。
毂轮4具有从内滚道表面4a的槽底部经由台部13、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13轴向延伸。在毂轮4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。由于节圆直径PCDo和PCDi的差异，毂轮4的外侧内滚道表面4a形成为使其具有比内圈5的内滚道表面5a大的直径，并且轴状部7的外径与内滚道表面5a的槽底部直径基本相同。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，由于节圆直径PCDo和PCDi的差异，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、台阶部15a和小直径侧肩部16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15的内径基本相同。
如图2的放大图所示，外侧密封件11包括芯金属17以及通过硫化粘接而一体附着于芯金属17的密封部件18。芯金属17由奥氏体不锈钢(JIS SUS304等)或冷轧碳素钢板(JIS SPCC等)制成，并通过挤压工艺而形成为具有大致C形截面。芯金属17包括适于装配到外部件2的端部的内周中的柱形装配部17a，以及从该柱形装配部弯曲并径向向内延伸的内侧部17b。
密封部件18由诸如丁腈橡胶的合成橡胶制成，在从装配部17a的一部分到内侧部17b的内端部的区域中紧固到芯金属17上，并包括侧唇18a、防尘唇18b和油脂唇18c。车轮安装凸缘6的内侧基部6c形成为具有圆弧形截面。侧唇18a和防尘唇18b具有彼此不同的长度并朝它们的顶部径向向外延伸，并且适于在它们的整个周边以预定过盈与基部6c滑动接触。油脂唇18c形成径向唇，其顶部朝向轴承内部延伸，并且以预定过盈与基部6c的外周表面滑动接触。
根据本发明的优选实施方式，侧唇18a的最大直径形成为小于密封件11的最大直径。将二者的最大直径在一侧(即，半径)之差“e”设定为至少1mm。这样可以通过压配合工具19，在不使工具19与侧唇18a有任何干涉的情况下将密封件11压配合到外部件2中。压配合工具19在其一端一体形成有环形挤压部19a。挤压部19a的壁厚设定为至少1mm。
已知的是，由于车辆行驶期间的温度升高，轴承的内压通常上升到0.2MPa。此外，当将最大内压设为0.3MPa时(安全系数：1.5)，尽管会导致该内压，但是有必要以预定的挤压力(推出阻力)压配合密封件11以防止密封件11被推出。应理解，在这种具有60mm外径的密封件11上会作用约2000kgf的负载。因而，有必要将密封件11的挤压力设定为至少约600kgf，从而能够抵抗该推出负载。也就是说，假定密封部件18的容许轴承压力为3kgf/mm2，将挤压部19a的壁厚设定为至少1mm。
根据本发明的优选实施方式，由于侧唇18a的最大直径形成为比密封件11的最大直径在其一侧(即，半径)小至少1mm。该半径差异“e”使得可以通过压配合工具19在不与侧唇18a干涉的情况下将密封件11稳定地压配合到外部件2中，从而确保了抵抗推出力的预定阻力以及期望的密封性能，改善了密封件11的密封性和耐用性，这样能提供具有延长寿命的车轮用轴承装置。具体而言，在有效地利用轴承空间并且使轴承组3的外侧节圆直径PCDo大于内侧节圆直径PCDi的车轮用轴承装置中，不可避免地增加了外侧密封件11的直径，由此增加了施加于外侧密封件11的推出力。因而，通过采用具有简单结构并解决该问题的密封件而获得的效果是显著的。
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可应用于第三代或第四代的任一轴承装置。

Claims (2)

1.一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：
外部件，在该外部件的外周上形成有待安装在车体上的车体安装凸缘(2c)，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面(2a，2b)；
内部件，该内部件包括毂轮(4)和内圈(5)或等速万向节的外接合部件，所述毂轮(4)在其一端形成有车轮安装凸缘(6)，在其外周上形成有与所述双列外滚道表面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)轴向延伸的柱形部(4b)，所述内圈(5)或等速万向节的外接合部件压配合到所述毂轮(4)的柱形部(4b)上，在该内圈或等速万向节的外接合部件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(2b)相对的另一内滚道表面(5a)；
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)的所述外滚道表面(2a，2b)与所述内部件(1)的所述内滚道表面(4a，5a)之间；以及
密封件(11)，该密封件安装在所述外部件(2)的外侧端内部，该车轮用轴承装置的特征在于：
所述密封件(11)具有一体形成的侧唇(18a)，该侧唇朝向其顶部径向向外延伸并以预定过盈与所述车轮安装凸缘(6)的内侧基部(6c)滑动接触，并且所述侧唇(18a)的初始最大直径形成为小于所述密封件(11)的最大直径，并且所述侧唇(18a)的初始最大直径的一半与所述密封件(11)的最大直径的一半之差(e)设定为至少1mm，
所述密封件(11)还包括：布置在所述侧唇(18a)的径向内侧的防尘唇(18b)，该防尘唇朝向其顶部径向向外延伸且长度比所述侧唇(18a)的长度短，并以预定过盈与所述基部(6c)滑动接触；以及油脂唇(18c)，在该油脂唇的顶部朝向所述轴承内部的情况下该油脂唇形成径向唇，
其中，所述侧唇(18a)和所述防尘唇(18b)越靠近它们的前端越朝径向外侧倾斜，并且以即使产生0.3MPa内压也不会使密封件脱出的防脱力压入所述密封件，且所述密封件相对于所述外部件的外侧端面被压入至所述外部件的内侧。
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)。
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