CN102131655A - 滚动轴承装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种滚动轴承设备，与现有技术相比，所述滚动轴承设备使集中在形成于外圈的外周表面上的凸缘部的根部处区域上的应力更分散。在所述滚动轴承设备(1)中，从外圈凸缘部(22)的车辆外侧端面(220)形成连续平滑的弯曲表面(200)，该弯曲表面为外圈的主体部(21)的外周表面(210)的延续，且在径向上向外突出的突出弯曲表面(203)形成在所述弯曲表面(200)的一部分上。

Description

滚动轴承装置
技术领域
本发明涉及滚动轴承设备。
背景技术
存在用于车辆的轮毂单元，例如在专利文献1中所描述的。一般地，在轮毂单元中，待固定到车身的固定构件被安装在外圈构件上，并且车轮被安装在内圈构件上。如在图3中所示，这样的轮毂单元可以构造为使得外圈构件2包括外圈凸缘部22，所述外圈凸缘部22形成为从外圈凸缘部22的外周表面突出，以便在轴向方向上接触车身的固定构件9。
现有技术文献
专利文献：专利文献1：JP-A-2000-177301
发明内容
本发明所要解决的问题
考虑到例如轮毂单元的轴向尺寸方面的限制的多种原因，已经减小了轴承的宽度。然而，已发现，当形成在外圈构件的外周表面上的外圈凸缘部定位成靠近形成在外圈构件的内周表面上的滚道表面时，应力可能集中在凸缘部的根部上。应力被认为是当轴承设备被驱动时由被滚动元件向外挤压的外圈所产生。在现有技术中，虽然根部形成为具有5mm至10mm的曲率半径的简单弧形表面，但是考虑到上述情形，存在下述需求，即：对于具有更高的抵抗应力性能的形状的外圈构件的需求。
本发明的目的是提供一种滚动轴承设备，与现有技术相比，其能够使集中在形成于外圈的外周表面上的凸缘部的根部上的应力更分散。
解决问题的手段
为了解决上述问题，提供一种滚动轴承设备，包括：外圈构件，该外圈构件安装在车辆内侧的车辆固定构件上以便不旋转；内圈构件，该内圈构件安装在车轮侧上并且与外圈构件同心地布置；和滚动元件，该滚动元件被设置于内圈构件和外圈构件之间，
其中外圈构件包括柱形外圈主体部，所述柱形外圈主体部具有形成在其内周表面上的、用于滚动元件的滚道表面，和从主体部径向向外突出的外圈凸缘部，并且
其中从外圈凸缘部的车辆外侧端面延续到外圈主体部的外周表面的表面形成为平滑地连续的弯曲表面，且在弯曲表面上形成有径向向外突出的突出弯曲表面。
根据本发明的构造，因为平滑连续的弯曲表面形成在从外圈构件的外周表面突出的外圈凸缘部的根部处的角部处，所以来自滚动元件的应力能够被有效地分散。另外，因为向外突出的突出部形成在弯曲表面的中间，所以提高了外凸缘部的根部处的抵抗应力的性能，由此能够获得外圈构件的极长的寿命。
形成在外圈凸缘部的根部的角部处的弯曲表面可以包括：内侧弧形表面，该内侧弧形表面从在车辆内侧上的外圈凸缘部的车辆外侧端面延续，并且该内侧弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心位于从外圈主体部径向向外的位置处；和外侧弧形表面，该外侧弧形表面从在车辆外侧上的外圈主体部的外周表面延续，并且该外侧弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心位于从外圈主体部径向向外的位置处。在这种情况下，突出弯曲表面可以形成为具有突出弧形表面，该突出弧形表面从内侧弧形表面和外侧弧形表面两者延续，并且该突出弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心位于比外圈主体部的外周表面更径向向内的位置处。根据上述构造，从外圈凸缘部的车辆外侧端面延续到外圈主体部的外周表面的表面形成为具有平滑地连续的多个弧形表面。另外，因为上述表面形成为具有多个弧形表面，所以其形状变得简单，且因此能够获得便于生产的优点。另外，突出弯曲表面(突出弧形表面)的曲率半径被设定为大于外侧弧形表面和内侧弧形表面的曲率半径，由此抑制了弯曲表面径向向外突出外圈主体部，且因此减小了对布置在空间中的结构的影响。
本发明的发明人发现，通过将外侧弧形表面的曲率半径设定为小于内侧弧形表面的曲率半径，能够获得更大的应力分散效果。特别地，在如下情况下，即：外侧弧形表面的曲率半径设定为2mm，内侧弧形表面的曲率半径设定为10mm，并且突出弯曲表面(突出弧形表面)的曲率半径设定为20mm，则与现有技术的滚动轴承设备相比，能够确保施加在外圈凸缘部的根部上的应力降低大约20％。
顺便提及的是，弯曲表面能够设置在与一直的接触线相交的位置中，所述直的接触线将滚动元件相对于外圈主体部的滚道表面的接触中心点与滚动元件的中心位置相连接。因为滚动元件和滚道表面基本上被设计为彼此点接触，所以滚动元件将应力朝着与滚道表面接触的接触点传递。通过在滚动元件的延长上设置弯曲部，能够有效地分散由滚动元件施加的应力，并且提高了抵抗外圈构件的应力的性能，由此能够获得外圈构件的极长的寿命。
在车辆轮毂单元内，接触中心点定位成比交叉点更靠近车辆外侧，从滚动元件的中心位置径向向外延伸的直线与滚道表面在所述交叉点处相交。借助于上述构造，当沿轴向方向在外圈构件2和内圈构件3上施加力时，外圈构件2和内圈构件3能够抵抗所施加的轴向力。
另外，弯曲表面能够设置在这样的位置上，在该位置上，弯曲表面与外圈主体部的滚道表面在投影平面上重叠，弯曲表面和外圈主体部的滚道表面沿径向方向投影在所述投影平面上。因为滚道表面设置为较靠近弯曲表面，所以外圈凸缘部设置为较靠近滚道，由此应力可能集中在外圈凸缘部的根部上。然而，通过设置上述的弯曲部，能够有效地分散从滚动元件施加的应力，由此提高了抵抗外圈构件的应力的性能，由此能够获得外圈构件的极长的寿命。
本发明的轮毂单元包括滚动轴承设备。内圈构件包括：轮毂车轮，所述轮毂车轮与外圈构件同心布置，并且所述轮毂车轮与安装其上的车轮一起旋转；和内圈，所述内圈至少固定地装配在轮毂车轮的车辆内侧端部的外周表面上。滚动元件布置成两列。其中一列是车辆内侧滚动元件列，包括沿圆周方向布置在内圈和外圈构件之间的多个滚动元件。另一列是车辆外侧滚动元件列，包括沿圆周方向布置在轮毂车轮和外圈构件之间的多个滚动元件。外圈凸缘部设置成在轴向方向上比车辆外侧滚动元件列更靠近车辆内侧滚动元件列。与通过上述滚动轴承设备获得的优点相同的优点也能够通过具有上述构造的轮毂单元而获得。
本发明的优点
根据本发明，因为在从外圈构件的外周表面突出的外圈凸缘部的根部的角部处形成了平滑地连续的弯曲表面，所以能够有效地使从滚动元件施加的应力分散。另外，因为向外突出的突出部形成在弯曲表面的中间，所以提高了在外圈凸缘部的根部处抵抗应力的性能，由此能够获得外圈构件的极长的寿命。
附图说明
图1是示出了根据本发明的轮毂单元的一个实施例的截面视图。
图2是图1的主要部分的放大视图。
图3是示出了传统轮毂单元的截面视图。
具体实施方式
在下文中将参考附图描述本发明的实施例。
图1是实施例的轮毂单元(滚动轴承设备)1的截面视图。在图1中，右侧对应于车辆外侧，且左侧对应于车辆内侧。如在图1中所示，轮毂单元1包括：构成固定的圈的外圈构件2；和内圈构件3、4。轮毂单元1形成具有双列的角接触滚珠轴承设备，该角接触滚珠轴承设备包括滚动元件并且沿轴向方向布置。
外圈构件(在下文中简称为外圈)由碳钢通过热锻造制成，并且包括柱形外圈主体部21、外圈凸缘部22和外圈插口部23。在柱形外圈主体部21的内周表面上形成有用于滚动元件5的滚道表面2A、2B。外圈凸缘部22从外圈主体部21径向向外突出。外圈插口部23以柱形形状形成在比外圈凸缘部22更靠近车辆内侧的位置处，以从外圈主体部21径向向外突出。外圈插口部23具有外周表面23A，所述外周表面23A限定出待安装到例如支架或转向节的车辆固定构件9的安装部(即，安装到车身上的安装部)。轮毂单元1通过如下工艺固定到车身侧：通过使用外圈插口部23将轮毂单元1相对于车身定位；以及将螺栓插入通过外圈凸缘部22中的螺栓插入孔25，使得外圈构件2被固定。实施例的外圈凸缘部22设置为使得外圈凸缘部22的车辆外侧端面220的径向轴线位于两个平面S1和S2之间，所述两个平面S1和S2与轴向方向垂直，并且所述两个平面S1和S2经过分别位于车辆内侧和车辆外侧上的相应滚动元件列的滚动元件5的滚动元件中心位置O。
构成内圈构件的轮毂车轮3包括轴部31以及固定车轮和盘式制动器的轮毂凸缘32。轮毂凸缘32形成为从轴部31的车辆外侧端部径向向外突出。包括多个滚动元件5的滚动元件列53介于轮毂车轮3和外圈构件2之间，并且用于滚动元件5的滚道表面(车辆外侧滚道表面)3B形成在轴部31的外周表面上。
用于接收轮毂螺栓38的插入孔35形成在轮毂凸缘32的预定的位置中。另外，导向部(插口部)37形成在轮毂凸缘32的车辆外侧主表面上以从该主表面朝着车辆外侧突出，并且起如下作用：当制动器盘转子和车轮(未示出)被安装在轮毂凸缘32上时，将制动器盘转子和车轮定位。制动器盘转子和车轮通过如下工艺固定到轮毂凸缘32：将制动器盘转子和车轮通过插口部37定位；将轮毂螺栓38插入通过插入孔35；以及将螺母拧紧在轮毂螺栓38上。
构成内圈构件的内圈4从轴部31的车辆内侧端被压力装配到轮毂车轮3的轴部31，并且通过夹紧部33被夹紧以被固定。包括多个滚动元件5的滚动元件列54介于内圈4和外圈构件2之间，并且用于滚动元件列54的滚道表面(车辆内侧滚道表面)4A形成在内圈4的外周表面上。
柱形空间(滚动元件布置空间)形成在外圈构件2和内圈构件3、4之间。滚动元件列54、53分别布置在空间50的车辆外侧处和车辆内侧处。另外，密封构件74、73分别设置在比滚动元件列54、53更轴向外侧的位置处。
属于滚动元件列54、53的滚动元件5分别通过框架64、63保持。属于滚动元件列54、53的滚动元件5布置为分别保持在外圈构件2和内圈构件3、4的车辆内侧滚道表面2A、4A和车辆外侧滚道表面2B、4B之间。然而，各个的滚动元件5基本上被设计为点接触侧滚道表面2B、3B、2A、4A，并且具有与滚道表面的直径不同的直径(可能的是，由于例如磨损的塑性变形，滚动元件5面接触相应的滚道表面)。
滚动元件5相对于滚道表面2B、3B、2A、4A的接触中心点P(虽然接触中心点P基本上认为是与滚动元件5点接触滚道表面的位置重叠，但认为可能的是，接触中心点P随着时间从点接触的位置偏离)不存在于截面平面S上，而是位于倾斜的假想直线(直的接触线)上。截面平面S与轴向方向垂直并且经过滚动元件5的中心位置O。假想直线从轴向轴线径向向外延伸以朝着径向的外侧轴向地向内倾斜(较靠近另一个滚动元件列地倾斜)。借助于上述构造，当在外圈构件2和内圈构件3、4上不仅施加径向力而且施加轴向力时，外圈构件2和内圈构件3、4能够抵抗这些力。如在此所使用的，接触角限定为由与轴向方向垂直并且通过滚动元件中心位置O的截面平面S与经过滚动元件中心位置O和接触中心点P的平面形成的角度。
在本发明中，外圈凸缘部22设置成在轴线方向上比车辆外侧滚动元件列53更靠近车辆内侧滚动元件列的位置处。因此，形成在外圈构件2的外周表面上的外圈凸缘部22定位为靠近形成在外圈构件2的内周表面上的滚道表面2A，且因此应力可能集中在外圈凸缘部22的根部上。这是由外圈构件2产生的现象，通过滚动元件列54的滚动元件5将所述外圈构件2向外挤压。
特别地，在图2中，外圈凸缘部22的车辆外侧根部(角部)与外圈主体部21的车辆内侧滚道表面2A在投影平面上重叠，外圈凸缘部22的车辆外侧根部和车辆内侧滚道表面2A沿径向方向投影在所述投影平面上。在这种情况下，外圈凸缘部22的车辆外侧根部(角部)定位成极为靠近外圈主体部21的车辆内侧滚道表面2A。因此，应力可能集中在根部上，且塑性变形可能发生在根部处，因此导致外圈构件的寿命降低。
进一步地，在实施例中，如在图2中所示，外圈凸缘部的车辆外侧根部(角部)位于与直的接触线A相交的位置处。直的接触线A将滚动元件5与外圈主体部21的滚道表面2A的接触中心位置P2A(P)与滚动元件5的中心位置O连接。即，与直的接触线A交叉的交叉点Q存在于根部的外周表面200上。因为滚动元件5和滚道表面2A基本上设计为彼此点接触，所以布置在滚道表面2A上的滚动元件5相对于滚道表面2A朝着接触点P2A(即，沿直的接触线A的方向)传递应力。因此，当上述的外圈凸缘部22的车辆外侧根部(角部)设置在传递所述力的方向的延长上时，应力可能集中在该部分上，并且塑性变形可能发生在根部处，因此导致外圈构件2的寿命降低。
为了抑制上述应力集中，如在图2中所示，在本发明的轮毂单元1中，从外圈凸缘部22的车辆外侧端面220延续到外圈主体部21的外周表面210的表面200形成为平滑地连续的弯曲表面，并且在弯曲表面200上形成径向向外突出的突出弯曲表面以用于加强。特别地，当交叉点Q存在于突出弯曲表面203上时加强效果变得最大。
作为用于防止根部上的应力集中而导致的变形的手段，通常是增加根部的厚度。然而，以所述方式增加厚度妨碍了轮毂单元的重量减轻。相反，在本发明中，如上所述，识别出应力可能集中的位置(例如，交叉点Q)，并且在识别出的位置附近形成突出弯曲表面。借助于上述构造，因为应力难于集中在除了识别出的位置之外的位置处，所以能够减小除应力可能集中的位置之外的位置的外径，并且还能够增加除应力容易集中的位置之外的位置的内径。因此，能够降低根部的厚度，由此能够至少降低外圈构件的整体厚度，并且还能够减小轮毂单元的重量。
在实施例中，形成在用作外圈凸缘部22的根部的角部(即车辆外侧角部)处的弯曲表面200包括内侧弧形表面202、外侧弧形表面201和突出弯曲表面203。内侧弧形表面202用作从在车辆内侧上的外圈凸缘部22的车辆外侧端面220延续的表面，并且具有预定的曲率半径，使得曲率中心被确定在外圈主体部21的径向外侧上。外侧弧形表面201用作从在车辆外侧上的外圈主体部21的外周表面210延续的表面，并且具有预定的曲率半径，使得曲率中心被确定在外圈主体部21的径向外侧上。突出弯曲表面203。
在内侧弧形表面202和外侧弧形表面201之间形成突出弯曲表面203，作为与两个弧形表面延续的表面。此外，突出弯曲表面203形成为突出弧形表面，所述突出弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心被确定在外圈主体部21的外周表面210的径向内侧上。
在实施例中，外侧弧形表面201的曲率半径设定为小于内侧弧形表面202的曲率半径，由此获得更大的应力分散效果。此外，突出弯曲表面(突出弧形表面)203的曲率半径设定为大于外侧弧形表面201和内侧弧形表面202的曲率半径。借助于上述构造，抑制了弯曲表面200的整体的径向向外突出的量，由此突出弯曲表面203形成为具有几乎不影响布置在位于弯曲表面200的径向外侧上的空间中的结构物体的形状。
特别地，在实施例中，外侧弧形表面201的曲率半径为2mm，内侧弧形表面202的曲率半径为10mm，并且突出弯曲表面(突出弧形表面)203的曲率半径为20mm，由此与图3中示出的现有技术相比，施加在外圈凸缘部22的根部上的应力减小大约20％。应注意的是图2中示出的弯曲表面200(201、202、203)的表面构造图示为强调上述突出构造。因此，表面构造不图示为反应以上值，并且在实际中突出量很小。即，根据本发明，通过表面构造上的极轻微的改变，能够使施加在外圈凸缘部22的根部上的应力被有效地且大量地分散。因此，即使当结构物体存在于弯曲表面200的径向外侧上时，弯曲表面200也几乎不影响结构。
虽然上文已经描述了本发明的实施例，但实施例仅图示了其示例。本发明不限制于实施例，并且可以进行多种改变而不偏离本发明的精神和范围。
例如，当设置从外圈构件2的外周表面突出的突出部(外圈凸缘部)时，只要至少在外圈构件2的根部处形成如上所述的弯曲表面，就能够获得使从外圈构件2的内侧的应力分散的优点，由此能够加强外圈构件2的根部。此外，在从滚动元件施加的应力更可能集中在突出部(外圈凸缘部)的根部处的情况中，上述的弯曲表面构造变得特别地优选。
必然地，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行多种变化。虽然已经参考具体实施例详细描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到可以进行多种变化和改进而不偏离本发明的精神或范围或者本发明的范围。
本发明基于2008年8月5日提交的日本专利申请(申请号No.2008-201987)，其内容在此通过引用并入。
工业应用性
根据本发明，能够提高抵抗外圈凸缘部的根部处的应力的性能，由此实现外圈构件的极长的寿命。
附图标号列表
1     轮毂单元
2     外圈(外圈构件)
2A、2B滚道表面
21    外圈主体部
210   外圈主体部的外周表面
22    外圈凸缘部
220   外圈凸缘部的车辆外侧端面
200   弯曲表面
201   外侧弧形表面
202   内侧弧形表面
203   突出弯曲表面(突出弧形表面)
4     内圈
5     滚动元件
P1    接触中心点
O     滚动元件中心位置
A     直的接触线
α    接触角

Claims (6)

1.一种滚动轴承设备，包括：
外圈构件，所述外圈构件安装在车辆内侧的车辆固定构件上以便不旋转，所述外圈构件包括：
柱形外圈主体部，所述柱形外圈主体部具有外周表面和内周表面，且其中滚道表面形成在所述内周表面上；和
外圈凸缘部，所述外圈凸缘部具有车辆外侧端面且从所述外圈主体部径向向外突出；
内圈构件，所述内圈构件安装在车轮侧上且与所述外圈构件同心地布置；以及
滚动元件列，所述滚动元件列包括滚动元件，所述滚动元件沿圆周方向布置在所述滚道表面上，位于所述内圈构件和所述外圈构件之间，
其中从所述车辆外侧端面延续到所述外周表面的表面形成为平滑连续的弯曲表面，并且
其中径向向外突出的突出弯曲表面形成在所述弯曲表面上。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承设备，
其中所述弯曲表面设置在与一直的接触线相交的位置中，所述直的接触线将所述滚动元件相对于所述外圈主体部的所述滚道表面的接触中心点与所述滚动元件的中心位置相连接。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承设备，
其中所述接触中心点定位成比交叉点更靠近车辆外侧，从所述滚动元件的所述中心位置径向向外延伸的直线与所述滚道表面在所述交叉点处相交。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的滚动轴承设备，
其中所述弯曲表面设置在这样的位置上，在该位置上，所述弯曲表面与所述外圈主体部的所述滚道表面在投影平面上重叠，所述弯曲表面和所述外圈主体部的所述滚道表面沿径向方向投影在所述投影平面上。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的滚动轴承设备，
其中所述突出弯曲表面包括突出弧形表面，所述突出弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心比所述外圈主体部的所述外周表面更径向向内地定位。
6.根据权利要求5所述的滚动轴承设备，
其中所述弯曲表面包括：
内侧弧形表面，所述内侧弧形表面用作从在所述车辆内侧上的所述外圈凸缘部的所述车辆外侧端面延续的表面，并且所述内侧弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心被确定在所述外圈主体部的径向外侧上；
外侧弧形表面，所述外侧弧形表面用作从在所述车辆外侧上的所述外圈主体部的所述外周表面延续的表面，并且所述外侧弧形表面具有预定的曲率半径，使得曲率中心被确定在所述外圈主体部的径向外侧上；以及
所述突出弯曲表面。
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