CN101542148B - 车轮用轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供一种车轮用轴承装置，其可解决下面的问题：提高轴承装置的抗冲击性、强度、耐用度和精度，并降低轴承装置的制造成本，以延长其寿命。根据本发明提供了车轮用轴承装置，该轴承装置包括：外方部件，该外方部件在其内圆周上形成有双列外侧滚道面；内方部件，该内方部件包括毂轮，该毂轮在其一端一体形成有车轮安装法兰，并在其外圆周表面一体形成有与双列外侧滚道面相对设置的双列内侧滚道面；以及双列滚动体，该双列滚动体可自由滚动地包含在外方部件和内方部件各自的外侧滚道面和内侧滚道面之间，其特征在于，外侧双列滚动体列的节圆直径大于内侧双列滚动体列的节圆直径；至少外方部件和毂轮由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢形成；内侧滚道面和外侧滚道面分别由具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层形成；以及在硬化层中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被选择为大于7号。

Description

车轮用轴承装置

技术领域

本发明涉及车轮用轴承装置，用于可自由旋转地支撑诸如汽车的车辆车轮，具体地说，涉及这样的车轮用轴承装置，该轴承装置能够提高强度和耐久性来延长使用寿命，同时达到其精度并降低制造成本。

背景技术

通常，车轮轴承装置用于通过驱动轮和从动轮的滚动轴承可自由旋转地支撑用于安装车轮的毂轮。出于结构原因，对于驱动轮通常采用内轮旋转型，对于从动轮通常采用内轮旋转型和外环旋转型。在这种轴承装置中广泛使用双列角接触滚动体轴承，因为其具有期望的轴承刚度、对于未对准的高耐用度，和改进燃料消耗的小转矩。双列角接触滚动体轴承具有如下结构：多个滚动体被置于静止环与旋转环之间，并且对滚动体应用相对于静止环与旋转环的预定接触角。

车轮用轴承装置大致分为：第一代结构，其中双列角接触滚动体轴承的车轮轴承装配在悬架的转向节形成部和毂轮之间；第二代结构，其中主体安装法兰或车轮安装法兰直接形成在外方部件的外圆周上；第三代结构，其中内侧滚道面之一直接形成在毂轮的外圆周上；和第四代结构，其中内侧滚道面直接形成在毂轮和等速万向接头的外圆周上。

在这种由现有技术的双列滚动轴承形成的车轮轴承装置中，因为在双列轴承中的两个轴承列布置是相同的，尽管其在直线运行过程中具有足够的刚度，但是在转弯运行过程中不能总是得到最优的刚度。就是说，车轮和轴承装置之间的位置关系通常设计成使得车辆的重量在直线运行过程中充分作用在轴承滚动体列的中央，但是较大的径向载荷和较大的轴向载荷被施加到与转弯方向相反一侧的车辆轴(即，当向右转弯时车辆左侧的轴)。因此有效的是使外侧轴承列的刚度大于内侧轴承列的刚度，以便提高轴承装置的耐用度和强度。因此可知图6示出的车轮用轴承装置，其能够在不加大轴承装置情况下而具有高刚度。在下面的描述中，当轴承装置被安装在车辆主体上时，术语装置的“外侧”(图中左侧)表示位于车辆主体外侧的一侧，术语装置的“内侧”(图中右侧)表示位于车辆主体内侧的一侧。

车轮用轴承装置50由双列角接触滚动体轴承形成，该双列角接触滚动体轴承包括：外方部件51，该外方部件51在其外圆周上一体形成有主体安装法兰51c，以便安装在车辆的转向节(未示出)上，并在其内圆周上一体形成有双列外侧滚道表面51a、51b；内方部件55，其包括毂轮52，该毂轮52具有在其一端一体形成的用于安装车轮(未示出)的车轮安装法兰53，在内方部件55的外圆周上与双列外侧滚道表面51a、51b中的一个外侧滚道表面51a相对地形成的一个内侧滚道表面52a，以及从内侧滚道面52a轴向延伸的小径台阶部52b，内方部件55还包括装配在小径台阶部52b上的内轮54，在该内轮的外圆周与双列外侧滚道表面51a、51b中的另一个外侧滚道表面51b相对地形成有另一个内侧滚道面54a；双列滚动体56、57，其可自由滚动地包含在外侧滚道面51a、51b和内方部件55的内侧滚道面52a、54a之间；和用于可滚动地保持滚动体56、57的保持器58、59。

通过紧固部52c轴向固定不动地紧固内轮54，紧固部52c通过使毂轮52的小径台阶部52b径向向外塑性变形而形成。在形成于外方部件51和内方部件55之间的环形开口中安装密封件60、61，以防止包含在轴承装置内的油脂泄露，并防止雨水或灰尘从外部进入轴承装置。

外侧滚动体列56的节圆直径D1设置为大于内侧滚动体列57的节圆直径D2。因此毂轮52的内侧滚道面52a的直径大于内轮54的内侧滚道面54a的直径，并且外方部件51的外侧外侧滚道面51a的直径大于外方部件51的内侧外侧滚道面51b的直径。而且外侧滚动体56的数量大于内侧滚动体57的数量。通过设置外侧节圆直径D1大于内侧节圆直径D2(D1＞D2)，能够获得较大刚度的轴承装置50并由此延长其寿命。

参考专利文献1：日本特开2004-108449号公报。

发明内容

本发明要解决的问题

在现有技术的车轮轴承装置50中，外侧滚动体列56的节圆直径D1设置为大于内侧滚动体列57的节圆直径D2。因此外方部件51的外侧外侧滚道面51a的直径形成为使得其大于外方部件51的内侧外侧滚道面51b的直径，另外这些外侧滚道面51a、51b通过高频感应淬火形成有硬化层。这能够提高外侧轴承列的刚度并因此确保车轮轴承装置50的滚动疲劳寿命、强度和耐用度。

然而，在内方部件55和外方部件51中，为了确保可加工性并提高滚动疲劳寿命，利用含有0.60-0.8％重量百分比的碳的碳钢形成行驶时与车轮一起旋转的毂轮52，内侧滚道面52a通过高频淬火形成预定的硬化层。但是，在这种现有技术的车轮轴承装置中，在驱动车辆的过程中通过车轮安装法兰53向内方部件55施加力矩载荷。内侧滚道面52a除了经受由该力矩载荷引起的弯曲应力外还经受来自滚动体56的压缩应力，因此形成内方部件55的金属材料同时经受由弯曲应力引起的拉应力和由压缩应力引起的剪切应力。因此不采用抵抗这些拉应力和剪切应力的手段很难确保足够的耐用度。

而且在这种车轮轴承装置中，当车辆在不平坦路面行驶时，有可能任意滚道表面都会通过滚动体56引起压痕。滚道表面压痕将导致轴承装置的噪音并缩短轴承装置的疲劳寿命。

另外，当外方部件51经受过多冲击载荷时外方部件51的外侧滚道面51a、51b之间的肩部62、63将引发任意变形。双列滚动体56、57之间的节距“P”越小，越容易引发这种变形。因此通常不仅在双列外侧滚道表面51a、51b上形成硬化层，而且在双列外侧滚道表面51a、51b之间的肩部62、63上也形成硬化层。然而，不仅制造成本将增加，而且由于在肩部62、63上额外地形成硬化层时的热处理变形使精度将会降低。尤其因为外方部件51的壁厚由于重量减轻的原因也被减小，考虑到车轮轴承装置的强度、精度和制造成本，需要严格地确定硬化层是否应形成在肩部62、63上。

因此，本发明的一个目的是提供一种车轮用轴承装置，其可解决下面的问题：提高轴承装置的抗冲击性、强度、耐用度、精度并降低轴承装置的制造成本，以延长其寿命。

解决问题的手段

为了达到本发明的目的，提供了车轮用轴承装置，该轴承装置包括：外方部件，该外方部件在其内圆周上形成有双列外侧滚道面；内方部件，该内方部件包括毂轮，该毂轮在其一端部一体地形成有用于安装车轮的车轮安装法兰，并在其外周形成有与所述双列外侧滚道面相对的内侧滚道面；以及双列滚动体，该双列滚动体可自由滚动地收容在所述外方部件和所述内方部件各自的外侧滚道面和内侧滚道面之间，其特征在于，所述外侧双列滚动体列的节圆直径大于所述内侧双列滚动体列的节圆直径；至少所述外方部件和所述毂轮由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢形成；所述内侧滚道面和所述外侧滚道面分别形成有具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层；以及在所述硬化层中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被设定为7号以上。(权利要求1)

在具有双列滚动元件的第一代至第四代的车轮轴承装置中，因为外侧双列滚动体列的节圆直径大于内侧双列滚动体列的节圆直径；至少外方部件和毂轮由含有重量百分比0.40-0.80％的碳的中高碳钢形成；内侧滚道面和外侧滚道面分别形成有具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层；并且在硬化层中，金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被选择为大于7号，所以与所述内侧部分相比，能够通过有效地使用轴承空间来增加所述外侧部分的轴承刚度，还能够通过在所述轴承部件的预定部分上以高频感应淬火形成预定硬化层从而保持耐压痕性，来延长轴承寿命。

优选的是，所述双列滚动体列的各个滚动体的尺寸相同，所述外侧滚动体列的滚动体数量大于所述内侧滚动体列的滚动体数量。这能够通过提高所述轴承装置的刚度而进一步延长轴承寿命。(权利要求2)

优选的是，所述外方部件和所述毂轮由含有Si：0.5-1.0％重量百分比、Mn：0.1-2.0％重量百分比、Cr：0.4-1.0％重量百分比、0：0.003％重量百分比或更少，和其他成分为Fe和不可避免的杂质的中高碳钢制成。这能够保持所述外方部件和所述毂轮的可使用性并通过简化淬火而提高滚动疲劳寿命。(权利要求3)

还优选的是，在所述外方部件和所述毂轮中添加了0.01-0.15％重量百分比的V(钒)。这能够在热处理过程中抑制奥氏体晶粒的生长，由此细化所述奥氏体晶粒并在钢材中形成高硬度碳化物，从而提高所述耐磨性和所述滚动疲劳寿命。(权利要求4)

优选的是，所述内方部件包括：毂轮，该毂轮在其一端一体地具有车轮安装法兰，并在其外周形成有与所述双列外侧滚道面相对的一个内侧滚道面、和从该内侧滚道面轴向延伸的小径台阶部；以及内轮，该内轮被压入所述毂轮的小径台阶部，并在其外周形成有与所述双列外侧滚道面相对的另一个内侧滚道面；所述内轮通过由所述小径台阶部的端部径向塑性变形而形成的紧固部轴向固定；在所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部形成有钵盂状凹部；该凹部的深度至少延伸到所述毂轮的内侧滚道面的底部附近；并且所述毂轮的外侧端部与该凹部相应地成为大致均匀的壁厚。这能够确保所述轴承装置的刚度并减小其重量和尺寸。(权利要求5)

优选的是，与所述双列外侧滚道面之间的距离L相应地确定是否在所述双列外侧滚道面之间的肩部形成硬化层，并且当所述距离L大于预定值时，仅在所述双列外侧滚道面中形成所述硬化层，所述肩部保留为未硬化部分。这能够提供一种车轮用轴承装置，其能解决下面的问题：提高轴承装置的抗冲击性、强度、耐用度和精度，并降低轴承装置的制造成本，以延长其寿命。(权利要求6)

还优选的是，所述距离L被设定为14mm。这能够减少热处理步骤和制造成本，并且通过抑制由于热处理引起的变形而提高外方部件精度。(权利要求7)

还优选的是，所述外方部件的硬化层的有效硬化深度被设定为至少2mm，并且该部分的最小壁厚被设定为至少4mm，这能够防止由过热引起的淬火裂纹，并且同时解决减小车轮轴承装置的重量和尺寸与增加车轮轴承装置的刚度和强度的矛盾问题。

发明效果

根据本发明的车轮用轴承装置，因为其包括：外方部件，该外方部件在其内圆周上形成有双列外侧滚道面；内方部件，该内方部件包括毂轮，该毂轮在其一端一体形成有车轮安装法兰，并在其外圆周表面一体形成有与所述双列外侧滚道面相对设置的双列内侧滚道面；以及双列滚动体，该双列滚动体可自由滚动地包含在所述外方部件和所述内方部件各自的外侧滚道面和内侧滚道面之间，其特征在于，所述外侧双列滚动体列的节圆直径大于所述内侧双列滚动体列的节圆直径；至少所述外方部件和所述毂轮由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢形成；所述内侧滚道面和所述外侧滚道面分别形成有具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层；以及在所述硬化层中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被选择为大于7号，所以与所述内侧部分相比，能够通过有效地使用轴承空间来增加所述外侧部分的轴承刚度，还能够通过在所述轴承部件的预定部分上以高频感应淬火形成预定硬化层从而保持耐压痕性，以此来延长轴承寿命。

具体实施方式

实施本发明的最佳方式在于一种用于车辆车轮的轴承装置，该轴承装置包括：外方部件，该外方部件在其外圆周形成有主体安装法兰，以便安装到转向节上，并在其内圆周上形成有双列外侧滚道面；内方部件，该内方部件包括毂轮和内轮，所述毂轮在其一端具有一体形成的车轮安装法兰，并在其外圆周表面形成有与双列外滚道中的一个外滚道相对设置的一个内侧滚道面，和从内侧滚道面轴向延伸的小径台阶部，所述内轮适于装配在毂轮的小径台阶部上并在其外圆周形成有与双列外侧滚道面的另一个外侧滚道面相对布置的另一个内侧滚道面；以及双列滚动元件，所述双列滚动元件可自由滚动地包含在所述外方部件和内方部件各自的外侧滚道面和内侧滚道面之间；并且所述内轮由通过毂轮的小径台阶部的端部径向向外塑性变形而形成的紧固部轴向紧固在所述毂轮上，其特征在于，外侧双列滚动体列的节圆直径大于内侧双列滚动体列的节圆直径；滚动体列每个滚动体的外径彼此相同，外侧滚动体的数量大于内侧滚动体的数量，外方部件和毂轮由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢形成，内侧滚道面和外侧滚道面通过高频感应淬火分别形成有具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层；在硬化层中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被选择为大于7号。

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是示出了本发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向截面图，图2是图1的车轮用轴承装置的外方部件的截面图，图3是示出了外方部件的硬化层图案的说明图，图4是示出了奥氏体晶粒尺寸和冲击值之间的关系的曲线。另外，下面的说明中，在安装于车辆上的状态下，将靠近车辆的外侧的一侧称作外侧(图1的左侧)，将靠近中间的一侧称作内侧(图1的右侧)。图1中示出的用于本发明的车轮用轴承装置为用于从动轮的第三代车轮用轴承装置，其包括内方部件1、外方部件2和可滚动地包含在内方部件1和外方部件2之间的双列滚动元件(滚动体)组3，3。内方部件1包括毂轮4和以预定的过盈(interference)压配到毂轮4上的内轮5。

毂轮4在其外侧端部一体形成有车轮安装法兰6，在其外圆周形成有一个(外侧)内侧滚道面4a以及从内侧滚道面4a延伸经过轴状部7的小径台阶部4b。毂螺栓6a沿车轮安装法兰6的周边等距设置在车轮安装法兰6上。圆孔6b在毂螺栓6a之间形成。这些圆孔6b不仅减小了轴承装置的重量，而且为用于组装和拆卸轴承装置的任意紧固工具提供了通道。

内轮5在其外圆周上形成有另一个(内侧)内侧滚道面5a并适于压配在毂轮4的小径台阶部4b上以形成背靠背型的双列角接触滚动体轴承并适于由通过小径台阶部4b的端部塑性变形而形成的紧固部4c轴向紧固。内轮5和滚动体3由高碳铬钢(例如，SUJ2)制成并通过浸渍淬火硬化到其芯部以具有58-64HRC的表面硬度。

毂轮4由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢制成(例如S53C)，并通过高频感应淬火硬化，使得包括从车轮安装法兰6的内侧基部6c至小径台阶部4b的区域形成有硬化层8(由图1上半部的交叉阴影线所示)，该层具有58-64HRC的表面硬度。紧固部4c在锻造之后保持其表面硬度。因此，车轮安装法兰6具有足够的机械强度以抵抗施加到其上的旋转弯曲荷载，内轮5压配区域处的小径台阶部4b的耐磨强度可提高，并且还可以在捻缝过程中没有任何微裂纹的情况下执行紧固部4c的塑性变形加工。

外方部件2在其外圆周一体形成有主体安装法兰2c，以便安装到车辆转向节(未示出)上，并且在其内圆周一体形成有与毂轮4的内侧滚道面4a相对的外侧外侧滚道面2a和与内轮5的内侧滚道面5a相对的内侧外侧滚道面2b。双列滚动体列3、3包含在这些外侧滚道面和内侧滚道面之间并由保持器9、10可滚动地保持。密封件11、12安装在外方部件2和内方部件1之间形成的环空间的开口内，并防止包含在轴承中的油脂泄露以及雨水和灰尘从外部进入轴承。

外方部件2由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢制成(例如S53C)，并且双列外侧滚道面2a、2b形成有硬化层13(由图1上半部的交叉阴影线所示)，该硬化层通过高频感应淬火硬化从而具有58-64HRC的表面硬度。尽管此处示出的结构是将滚动体用作滚动元件3的双列角接触滚动体轴承，也可使用将锥形辊用作滚动元件3的双列锥形辊轴承。另外，本发明的车轮轴承装置不限于第三代轴承结构且可用于第一、第二和第四代轴承结构。

根据本发明的优选实施方式，尽管各滚动体3的外径是相同的，外侧滚动体列3的节圆直径PCDo设置为大于内侧滚动体列3的节圆直径PCDi。由于节圆直径PCDi和PCDo之间的差，外侧滚动体列3的数量大于内侧滚动体列3的数量。由此，能够有效地利用轴承空间，与内侧相比，使外侧部分的轴承刚度增大，能够实现延长轴承的寿命。

毂轮4的轮廓形状从内侧滚道面4a的槽底部经过相对部分15、轴状部7和肩部7b延续到小径台阶部4b，所述轴状部7从相对部15经由具有圆弧横截面的阶梯部7a轴向延伸，内轮5抵靠肩部7b。大致轴向延伸的圆锥凹部14形成在毂轮4的外侧端部，以便减小轴承装置的重量。凹部14由锻造形成且凹部14的深度延伸到至少毂轮4的外侧内侧滚道面4a的底部附近，使得毂轮4的外侧端部分具有基本恒定的壁厚。

另一方面，在外方部件2中，由于节圆直径PCDo和PCDi的差，使得外侧外侧滚道面2a的直径大于内侧外侧滚道面2b的直径。圆柱肩部16从外侧外侧滚道面2a经由锥形阶梯部16a延伸到内侧外侧滚道面2b的肩部17。

在这种车轮轴承装置中，通常设计成使得毂轮4和外方部件2在车辆转弯运行过程中可承受相当于0.8G(G：重力加速度)的载荷。在这种情况下内侧滚道面4a和双列外侧滚道面2a、2b由于靠着滚动元件而在超过大约0.4mm的深度上经受最大剪切应力。因此，为了满足所期望的滚动疲劳寿命，硬化层8、13在最大剪切应力的情况下需要具有至少大约5倍的深度，所以有效硬化层深度最小为2mm。

另外除了最小深度2mm以外，还需要考虑由高频感应淬火形成的硬化层8、13的弥散。因此，为了满足所期望的滚动疲劳寿命，内侧滚道面4a和双列外侧滚道面2a、2b的硬化层8、13被设计成使得它们在最大剪切应力情况下具有大约5倍深度的有效硬化深度(3.5mm)，这是通过将由于高频感应淬火造成的弥散深度添加到最小深度2mm而确定的。

如图2中所示，当最小壁厚部分(在这种情况下，为外侧滚道面2a、2b的槽底部部分)变得太薄时，有可能过热而引起淬火裂纹，所以最小壁厚t1、t2设置为4mm，其中保留大约0.5mm的未淬火部(未硬化层)。这能够解决减小轴承装置的重量和尺寸与增加其刚度的矛盾问题从而增加轴承装置的强度和寿命。

根据本实施方式，硬化层仅保留在双列滚道表面2a、2b中且小径台阶部16、17的内圆周不淬火。这能够减少热处理步骤，从而降低制造成本，并通过抑制热处理变形而提高外方部件2精度。根据本申请的申请人进行的试验，如在本实施方式中，外方部件2被拉长，并且双列外侧滚道面2a、2b之间的距离“L”设置为长的情况下，具体地说，在如图3(a)中所示L≥14mm的情况下，外方部件2具有足够的刚度抵抗施加到轴承装置的力矩载荷，相反，则不仅没有特殊效果，而且即使硬化层13将在肩部16、17的内圆周上不间断形成，外方部件2的精度将变差。另一方面，在双列外侧滚道面2a、2b之间的距离“L”，即如图3(b)中所示L＜14mm的情况下，外方部件2的刚度通过在肩部16、17的内圆周上不间断形成硬化层13而提高，并且可以发现热处理步骤数和热处理变形都不会引起本质差别。

如前所述，是否在双列外侧滚道面2a、2b之间的肩部16、17设置硬化层13是基于双列外侧滚道面2a、2b之间的距离“L”确定的。当距离“L”大于预定值(14mm)时，仅在双列外侧滚道面2a、2b中形成硬化层13、13，并且使肩部16、17保持为未硬化部分。这能够解决下面的问题：提高轴承装置的抗冲击性、强度、耐用度和精度，降低轴承装置的制造成本，从而延长其寿命。

如前所述，毂轮4和外方部件2由含有C：0.40-0.80％重量百分比(优选地0.70-0.80％重量百分比)、Si：0.5-1.0％重量百分比、Mn：0.1-2.0％重量百分比、Cr：0.4-1.0％重量百分比、O：0.003％重量百分比或更少，和其他成分为Fe和不可避免的杂质的中高碳钢制成。另外在离滚道表面硬化层8、13的表面0.1mm深度处的硬度被设置为具有670Hv硬度或更多，且在硬化层8、13中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号选择为大于ASTM(美国材料试验学会)所定义的7号。

奥氏体晶粒包括可通过应用使晶界暴露的处理(例如蚀刻目标部件样品)而观察的任何晶界。除了所述ASTM的晶粒度，也可使用以前的奥氏体晶粒的粒度号。可根据ASTM测量方法得到粒径或通过将JIS(JIS G0551钢的奥氏体晶粒粒度试验方法)的粒度号平均值转化为平均晶粒径而得到粒径。

硬度或奥氏体晶粒是影响硬化层8、13中钢材料性质的因素之一，并且据称硬度越高，奥氏体晶粒越细，冲击值越高。如从图4明显可见，7号粒度的ASTM晶粒的表面冲击值是4号粒度的ASTM晶粒的表面冲击值的2.5倍。

在本发明中，因为离硬化层8、13的表面0.1mm深度处的部分的硬度被设置为具有高于670Hv的硬度，所以能够抑制由滚动元件3施加的压缩应力引起的弹性变形量并由此抑制施加到各滚道表面的剪切应力。另外，因为在硬化层8、13中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被选择为大于7号，所以能够提高耐用度，抵抗经由车轮安装法兰6施加到轴承装置的力矩载荷引起的弯曲应力和拉应力，从而减小奥氏体晶界中引起的应力集中，通过抑制疲劳裂纹开口而提高滚动疲劳寿命，还通过增加抗冲击值来提高抗压痕性。

在本发明中，热锻造的加热温度被设置在预定范围内，以便使奥氏体晶粒粒径最小化。就是说，在形成硬化层8、13的高频感应淬火过程中加热温度被设置在范围900-1100℃内。如果加热温度超过1100℃，奥氏体晶粒粒径将生长到大的尺寸，另一方面，如果加热温度低于900℃，金相组织没有被足够软化从而会极大地降低可使用性。

除了C以外，将合金元素Mn、Si、Cr、S、O添加到钢材中以形成外方部件2和毂轮4。Mn添加量为0.1-2.0％重量百分比来使淬火更容易并形成如前所述的预定硬化层。如果Mn的量小于0.1％重量百分比，则不能充分获得硬化层的厚度，另一方面，如果Mn的量超过2.0％重量百分比，可用性将会降低。

添加量为0.5-1.0％重量百分比的元素Si来通过增强马氏体而提高滚动疲劳寿命。如果Si的量小于0.5％重量百分比，不能充分地获得使淬火变易的效果，另一方面，如果Si的量超过1.0％重量百分比，不仅会降低可用性，还会增加锻造之后的脱碳处理。

与Si类似，元素Cr也可通过增强马氏体而提高滚动疲劳寿命，因此其添加量为0.4-1.0％重量百分比。如果Cr的量小于0.4％重量百分比，则不能充分地获得使淬火变易的效果，另一方面，如果Cr的量超过1.0％重量百分比，会降低可用性。

还添加了元素S。然而因为有可能S易于在钢中形成诸如MnS的非金属杂质，并形成导致硬化层剥落的起点，优选地，S的量尽可能少并因此限于0.03％重量百分比或更少。类似地，因为元素O易于在钢中形成诸如Al₂O₃的非金属杂质，从而对滚动疲劳寿命形成负面影响，0的量限于0.003％重量百分比或更少。

另外，其他合金元素添加到钢材中以抑制奥氏体晶粒的生长并细化奥氏体晶粒。更具体地，元素V添加量为0.01-0.15％重量百分比。V易于在钢中形成高硬度碳化物并能够提高耐磨性和滚动疲劳寿命。如果V的量超过0.15％重量百分比，会降低可用性，另一方面，如果V的量小于0.01％重量百分比，不能起到提高寿命的效果。除了V，也可添加呈现类似效果的其他元素(例如Nb或Ti)。

如前所述，根据本发明的第一实施方式，因为外侧滚动体列3的节圆直径PCDo被设置为大于内侧滚动体列3的节圆直径PCDi，并且由于节圆直径PCDi和PCDo之间的差，外侧滚动体列3数量大于内侧滚动体列3数量，所以能够通过与内侧轴承刚度相比有效地利用轴承空间来增大外侧轴承刚度，在宏观角度上延长车轮轴承装置的寿命。另外因为在轴承装置的预定钢件上通过高频感应淬火等形成预定硬化层，所以能够通过确保抗压痕性而在宏观角度上延长车轮轴承装置的寿命。

第二实施方式

图5是示出了本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向截面图。本实施方式为应用于驱动轮的例子。此处使用相同附图标记指示与第一实施方式中使用的具有相同功能的相同部件，并且省略了它们的详细描述。

图5示出的本发明的车轮用轴承装置是用于驱动轮的第三代类型车轮用轴承装置，其包括内方部件18、外方部件19和可滚动地包含在内方部件18和外方部件19之间的双列滚动元件(滚动体)组3、3。内方部件18包括毂轮20和以预定过盈压配毂轮20上的内轮5。

毂轮20在其外侧端一体形成有车轮安装法兰6、在其外圆周上形成有一个(外侧)内侧滚道面4a，以及从内侧滚道面4a通过轴状部分7延伸的小径台阶部4b。毂轮20还在内圆周上形成有锯齿(齿条)20a，用于传递扭矩。

根据本发明的优选实施方式，尽管各滚动体3的外径相同，但外侧滚动体列3的节圆直径PCDo被设置为大于内侧滚动体列3的节圆直径PCDi。由于节圆直径PCDi和PCDo之间的差，外侧滚动体列3的数量大于内侧滚动体列3的数量。

毂轮20的轮廓结构从内侧滚道面4a的槽底部经过相对部15、轴状部分7和肩部7b延续到小径台阶部4b，所述轴状部分7从相对部15轴向延伸，内轮5抵靠肩部7b。毂轮20形成有预定硬化层8，使得一个区域包括内侧滚道面4a，而一部分包括轴状部分7、台阶部分7c、肩部7b和小径台阶部4b。为了满足所期望的滚动疲劳寿命，硬化层8的深度被设计为使得它在最大剪切应力情况下具有大约5倍深度的有效硬化深度(3.5mm)。

外方部件19在其外圆周一体形成有主体安装法兰2c，以便安装到车辆转向节(未示出)上，在其内圆周一体形成有与毂轮20的内侧滚道面4a相对的外侧外侧滚道面2a和与内轮5的内侧滚道面5a相对的内侧外侧滚道面2b。双列滚动体列3、3包含在这些外侧滚道面和内侧滚道面之间并由保持器9、10可滚动地保持。

由于节圆直径PCDo和PCDi之间的差，外方部件19的外侧外侧滚道面2a的直径大于内侧外侧滚道面2b直径。具有圆弧横截面的阶梯部19a形成在外侧外侧滚道面2a的肩部16和内侧外侧滚道面2b的肩部17之间。外方部件19由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢(例如S53C)制成，并且双列外侧滚道面2a、2b形成有硬化层13(由图5上半部的交叉阴影线所示)，所述硬化层通过高频感应淬火硬化从而具有58-64HRC的表面硬度。

类似于第一实施方式，最小壁厚t1、t2被设定为4mm，其中保留大约0.5mm未硬化部分。另外，因为双列外侧滚道面2a、2b之间的距离“L”大于14mm，硬化层13、13仅在双列外侧滚道面2a、2b中形成，并且肩部16、17保留为未硬化部，这能够解决提高轴承装置的抗冲击性、强度、耐用度和精度，降低轴承装置的制造成本的问题，以延长其寿命。

已经参照优选实施方式对本发明进行了描述。显然，在阅读并理解上述详细描述以后，本领域普通技术人员可以做出修改和变化。因此，本发明应当被解释为包括落入所附权利要求或其等同物的范围内的所有这些修改和变化。

工业应用

本发明的车轮用轴承装置不论用于驱动轮或从动轮都可应用于第一代至第四代的任意轴承装置。

附图说明

图1是示出了本发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向截面图；

图2是图1的车轮用轴承装置的外方部件的截面图；

图3是示出了外方部件的硬化层图案的示例图，其中图3(a)示出了L≥14mm的情况，而图3(b)示出了L＜14mm的情况；

图4是示出了奥氏体晶粒粒径和冲击值之间的关系的曲线；

图5是示出了本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向截面图；和

图6是示出现有技术的车轮用轴承装置的纵向截面图。

附图标记解释

1、18………内方部件

2、19………外方部件

3………滚动元件

4、20………毂轮

4a、5a………内侧滚道面

4b………小径台阶部

4c………紧固部

5………内轮

6………车轮安装法兰

6a………毂轮螺栓

6b………圆孔

6c………基部

7………轴状部

7a、7c、16a、19a………阶梯部

7b、16、17………肩部

8、13………硬化层

9、10………保持器

11、12………密封件

14………凹部

15………相对部

20a………锯齿

50………车轮用轴承装置

51………外方部件

51a………外侧外侧滚道面

51b………内侧外侧滚道面

51c………主体安装法兰

52………毂轮

52a、54a………内侧滚道面

52b………小径台阶部

52c………紧固部

53………车轮安装法兰

54………内轮

55………内方部件

56、57………滚动体

58、59………保持器

60、61………密封件

62、63………肩部

D1………外侧滚动体的节圆直径

D2………内侧滚动体的节圆直径

L………双列外侧滚道面之间的距离

P………双列外侧滚道面之间的节距

PCDo………外侧滚动体列的节圆直径

PCDi………内侧滚动体列的节圆直径

t1、t2………外方部件的最小壁厚

Claims (9)

1.一种车轮用轴承装置，其包括：

外方部件，该外方部件在其内周形成有双列外侧滚道面；

内方部件，该内方部件包括毂轮，该毂轮在其一端部一体地形成有用于安装车轮的车轮安装法兰，并在所述内方部件的外周形成有与所述双列外侧滚道面相对的内侧滚道面；以及

双列滚动体列，该双列滚动体列可自由旋转地收容在所述外方部件和所述内方部件各自的外侧滚道面和内侧滚道面之间，其特征在于：

所述双列滚动体列中的外侧滚动体列的节圆直径大于内侧滚动体列的节圆直径；

至少所述外方部件和所述毂轮由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳钢制成；

所述内侧滚道面和所述外侧滚道面分别形成有具有58-64HRC的表面硬度的预定硬化层；以及

在所述预定硬化层中金相组织的奥氏体晶粒的粒度号被设定为7号以上，

所述外侧滚道面之间的距离小于14mm，所述外侧滚道面之间的肩部具有不间断的所述预定硬化层。

2.根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其中，所述双列滚动体列的各个滚动体的尺寸相同，所述外侧滚动体列的滚动体数量大于所述内侧滚动体列的滚动体数量。

3.根据权利要求1或2所述的车轮用轴承装置，其中，所述外方部件和所述毂轮由含有Si：0.5-1.0％重量百分比、Mn：0.1-2.0％重量百分比、Cr：0.4-1.0％重量百分比、O ：0.003％重量百分比或更少，和其他成分为Fe和不可避免的杂质的中高碳钢制成。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，在所述外方部件和所述毂轮中添加了0.01-0.15％重量百分比的V。

5.根据权利要求3所述的车轮用轴承装置，其中，在所述外方部件和所述毂轮中添加了0.01-0.15％重量百分比的V。 

6.根据权利要求1或2中任一项所述的车轮用轴承装置，其中在所述毂轮的外周形成有与所述双列外侧滚道面中的一个外侧滚道面相对的一个内侧滚道面，所述毂轮还包括从所述内侧滚道面轴向延伸的小径台阶部；所述内方部件还包括内轮，该内轮被压入所述毂轮的小径台阶部，并在所述内轮外周形成有与所述双列外侧滚道面中另一个外侧滚道面相对的另一个内侧滚道面；所述内轮通过由所述小径台阶部的端部径向塑性变形而形成的紧固部轴向固定；在所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部形成有钵盂状凹部；该凹部的深度至少延伸到所述毂轮的内侧滚道面的底部附近；并且所述凹部被形成为使得所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部具有大致均匀的壁厚。

7.根据权利要求3所述的车轮用轴承装置，其中在所述毂轮的外周形成有与所述双列外侧滚道面中的一个外侧滚道面相对的一个内侧滚道面，所述毂轮还包括从所述内侧滚道面轴向延伸的小径台阶部；所述内方部件还包括内轮，该内轮被压入所述毂轮的小径台阶部，并在所述内轮外周形成有与所述双列外侧滚道面中另一个外侧滚道面相对的另一个内侧滚道面；所述内轮通过由所述小径台阶部的端部径向塑性变形而形成的紧固部轴向固定；在所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部形成有钵盂状凹部；该凹部的深度至少延伸到所述毂轮的内侧滚道面的底部附近；并且所述凹部被形成为使得所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部具有大致均匀的壁厚。

8.根据权利要求4所述的车轮用轴承装置，其中在所述毂轮的外周形成有与所述双列外侧滚道面中的一个外侧滚道面相对的一个内侧滚道面，所述毂轮还包括从所述内侧滚道面轴向延伸的小径台阶部；所述内方部件还包括内轮，该内轮被压入所述毂轮的小径台阶部，并在所述内轮外周形成有与所述双列外侧滚道面中另一个外侧滚道面相对的另一个内侧滚道面；所述内轮通过由所述小径台阶部的端部径向塑性变形而形成的紧固部轴向固定；在所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的端部形成有钵盂状凹部；该凹部的深度至少延伸到所述毂轮的内侧滚道面的底部附近；并且所述凹部被形成为使得所述毂轮的所述车轮安装法兰一侧的 端部具有大致均匀的壁厚。

9.根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其中，所述外方部件的所述预定硬化层的有效硬化深度被设定为至少2mm，并且所述外方部件的最小壁厚被设定为至少4mm。 

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