CN102203443A - 车轮用轴承装置 - Google Patents

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山本一成
山田匠
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Thoracic Technology Co ltd
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Abstract

一种车轮用轴承装置，其中，防止在敛缝工序中由凹痕在内圈上产生裂纹，以提高内圈的耐用性和可靠性。一种车轮用轴承装置，其中内圈(5)被压配合到毂轮(4)的小直径的筒形部(4b)中，并且内圈(5)借助于使小直径的筒形部(4b)的端部径向向外塑性变形而形成的敛缝部(7)被轴向固定。在内圈(5)的外周面(5b)的内滚道面(5a)侧形成有锥形的辅助滚道面(13)，该辅助滚道面具有40°至60°范围内的倾角θ1。在辅助滚道面(13)与外周面(5b)和内滚道面(5a)相交的相交处形成有具有圆弧形表面的倒角部(14，15)。使外周面(5b)和敛缝侧端面(5c)互相连接的的倒角部(12)具有圆弧形表面，该圆弧形表面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内。

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对诸如汽车之类的车辆的车轮进行自由旋转地支撑的车轮用轴承装置，并且更具体地涉及这样一种用于车辆的车轮用轴承装置，在该车轮用轴承装置中，被敛缝到毂轮上的内圈具有高耐用性。
背景技术
存在多种用于驱动轮和从动轮的车轮用轴承装置，并且已经开发了旨在以低成本制造的、重量轻且尺寸紧凑的车轮用轴承装置以便改进燃料消耗。在图3中示出了现有技术中用于从动轮的这种车轮用轴承装置的一个代表性实例。
这种车轮用轴承装置被称为第三代类型并且包括毂轮51、内圈52、外圈53以及双列滚珠54、54。毂轮51在其外侧端一体地形成有车轮安装凸缘55，并且毂轮51在其外周上具有内滚道面51a和从内滚道面51a延伸的筒形部51b。车轮安装凸缘55沿其周缘等距离地设置有毂螺栓56。
在外周上形成有内滚道面52a的内圈52被压配合到毂轮51的筒形部51b上。使毂轮51的筒形部51b的端部径向向外塑性变形而形成敛缝部51c，借助于敛缝部51c来防止内圈52从毂轮51轴向掉出。
外圈53在其外周上形成有车体安装凸缘53b，并且在其内周上形成有双列外滚道面53a、53a。在双列外滚道面53a、53a和与该双列外滚道面53a、53a相对的内滚道面51a、52a之间可滚动地容纳有双列滚珠54、54。密封件57、58被安装在外部件53的两端上，以防止轴承中容纳的润滑油泄露，并防止雨水和灰尘从外面进入到轴承中。
毂轮51通过锻造碳含量按重量计为0.40-0.80％的碳钢坯料而一体地形成，并且通过高频率感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘55的内侧基部到筒形部51b的区域硬化。敛缝部51c在锻造后保持为坯料的表面硬度。内圈52是由诸如SUJ2的高碳铬钢制成，并且通过浸渍淬火而淬硬到其芯部。
图4是示出了用于试验的车轮用轴承装置的示意图，该试验用于获得内圈的外径膨胀量与敛缝轴向力之间的相对关系。通过切断实际使用的内圈52的小端部而变短的检验用内圈“c”以及测力传感器“d”被安装到毂轮“a”的轴部“b”的内侧外周上。检验用内圈“c”和测力传感器“d”的总长度被确定为使得该总长度与实际使用的内圈52的长度相当。敛缝之后的轴向力可通过测力传感器“d”进行测量，在该测力传感器“d”上附接了多个应变计。
根据这种试验已经发现，用于试验的内圈“c”的外径膨胀量与敛缝轴向力之间存在线性关系，因此敛缝轴向力随着用于试验的内圈“c”的外径膨胀量的增加而增加。因此，可以根据这样的相对关系通过调节用于试验的内圈“c”的外径膨胀量而控制敛缝轴向力。也就是说，可以通过基于图3中所示的内圈52的外径膨胀量获知敛缝轴向力，来简单且精确地检验敛缝部51c是否与内圈52的圆倒角部紧密地接触，从而获得良好的敛缝状况。
现有技术文件
专利文件
参考的专利文件1：日本专利公开第2003-13979号公报
发明内容
本发明所要解决的问题
如上所述，由于在筒形部51b的敛缝部51c上进行敛缝工作，外周59并因此内圈52的外径通过内圈的内周的膨胀所导致的环向应力而膨胀。因此，可以通过控制向筒形部51b的敛缝部51c施加的轴向力从而减少环向应力的方式而减少内圈52的膨胀量。
然而，仍然存在另一个问题，就是在敛缝工作期间或之后由凹痕引起在内圈52上产生裂纹，该凹痕是在机加工内圈52之后(在安装到毂轮51之前)由于内圈之间的相互碰撞所导致的。这种产生裂纹的问题仅通过控制环向应力不能得到必要的解决。
因此，本发明的目的在于提供一种车轮用轴承装置，其可以防止在敛缝工作期间由内圈之间的相互碰撞所导致的凹痕引起在内圈上产生裂纹，由此改善了内圈的耐用性和可靠性。
解决问题的手段
为了实现本发明的目的，根据第一方面本发明提供了一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：外部件，该外部件在其内周上形成有双列外滚道面；内部件，该内部件包括毂轮和至少一个内圈，所述毂轮在一端一体地形成有车轮安装凸缘，并且所述毂轮在外周上具有轴向延伸的筒形部，所述内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内部件在外周上还形成有与所述外部件的所述外滚道面相对的内滚道面；双列滚珠，所述双列滚珠通过保持架以能自由滚动的方式容纳在所述内部件的所述内滚道面和所述外部件的所述外滚道面之间；并且所述内圈借助于使所述筒形部的端部径向向外塑性变形而形成的敛缝部相对于所述毂轮轴向固定；所述车轮用轴承装置的特征在于：靠近所述内圈的内滚道面在该内圈的外周面上形成有锥形的辅助滚道面，所述内圈的所述外周面和敛缝侧端面之间的倒角部被形成为具有圆弧形截面，并且所述倒角部的所述圆弧形截面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内。
在这样的车轮用轴承装置中，内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，通过将所述筒形部的端部径向向外塑性变形而形成敛缝部，借助于敛缝部而使内圈相对于所述毂轮轴向固定，因为靠近所述内圈的内滚道面在该内圈的外周面上形成有锥形的辅助滚道面，所述内圈的所述外周面和敛缝侧端面之间的倒角部被形成为具有圆弧形截面，并且所述倒角部的所述圆弧形截面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内，所以可以提供这样的一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置可以抑制在内圈的制造步骤期间由内圈的相互碰撞所导致的凹陷的产生，还可以防止由内圈的凹陷引起裂纹的产生，并且由此改善内圈的耐用性和可靠性。
优选地，根据第二方面，所述辅助滚道面和所述外周面之间的倾角被设定在40°至60°的范围内。这使得可以有效地防止在敛缝步骤期间内圈产生裂纹，但不会降低内圈的刚度和强度。
同样优选地，根据第三方面，在所述辅助滚道面和所述外周面之间以及所述辅助滚道面和所述内滚道面之间分别形成有均具有圆弧形截面的倒角部，并且其中每个圆弧形截面的曲率半径均被设定在R1.2至R3.0的范围内。当向轴承施加大的转矩负载从而接触角增大时，接触椭圆将超过内圈的内滚道面突出至辅助滚道面。然而，第三方面的倒角部的设置可以防止在所述辅助滚道面和所述外周面之间以及在所述辅助滚道面和所述内滚道面之间的拐角处产生边缘负载，由此可以改善内圈的耐用性。
优选地，根据第四方面，所述外周面和所述敛缝侧端面之间的所述倒角部由在该外周面和该倒角部的圆弧形截面之间形成的、切线角在5°至30°范围内的圆弧形截面平滑地连接。这使得可以防止在所述倒角部的拐角处出现压力集中。
同样优选地，根据第五方面，所述内部件包括所述毂轮和所述内圈；所述毂轮在其一端一体地形成有车轮安装凸缘，在外周上形成有与所述外部件的所述双列外滚道面中的一个外滚道面相对的内滚道面，并且具有从所述内滚道面轴向延伸的所述筒形部；并且所述内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内圈在外周上形成有与所述外滚道面中的另一外滚道面相对的内滚道面。
发明效果
根据本发明的车轮用轴承装置，因为该车轮用轴承装置包括：外部件，该外部件在其内周上形成有双列外滚道面；内部件，该内部件包括毂轮和至少一个内圈，所述毂轮在其一端一体地形成有车轮安装凸缘，并且所述毂轮在外周上具有轴向延伸的筒形部，所述内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内部件在外周上还形成有与所述外部件的所述外滚道面相对的内滚道面；双列滚珠，所述双列滚珠通过保持架以能自由滚动的方式容纳在所述内部件的所述内滚道面和所述外部件的所述外滚道面之间；并且所述内圈借助于使所述筒形部的端部径向向外塑性变形而形成的敛缝部相对于所述毂轮轴向固定；所述车轮用轴承装置的特征在于：靠近所述内圈的内滚道面在该内圈的外周面上形成有锥形的辅助滚道面，所述内圈的所述外周面和敛缝侧端面之间的倒角部被形成为具有圆弧形截面，并且所述倒角部的所述圆弧形截面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内。所以，可以提供这样的的车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置可以抑制在内圈的制造步骤期间由相互碰撞导致的凹陷的产生，还可以防止由内圈的凹陷导致的裂纹的产生，由此改善内圈的耐用性和可靠性。
附图说明
图1是示出了本发明的车轮用轴承装置的优选实施方式的纵向剖视图；
图2是示出了图1中的内圈的放大图；
图3是示出了现有技术的车轮用轴承装置的纵向剖视图；以及
图4是示出了用于试验的车轮用轴承装置的示意图，该试验用于获得内圈的外径膨胀量和敛缝轴向力之间的相对关系。
具体实施方式
用于实施本发明的优选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，该外部件在外周上形成有待安装在转向节上的车体安装凸缘，在内周上形成有双列外滚道面；内部件，该内部件包括毂轮和至少一个内圈，所述毂轮在一端一体地形成有车轮安装凸缘，并且所述毂轮在外周上具有轴向延伸的筒形部，所述内圈以预定过盈量被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内部件在外周上还形成有与所述外部件的所述外滚道面相对的内滚道面；双列滚珠，所述双列滚珠以能自由滚动的方式容纳在所述内部件的所述内滚道面和所述外部件的所述外滚道面之间；并且所述内圈借助于使所述筒形部的端部径向向外塑性变形而形成的敛缝部相对于所述毂轮轴向固定；所述车轮用轴承装置的特征在于：靠近所述内圈的内滚道面在该内圈的外周面上形成有倾角被设定在40°至60°的范围内的锥形的辅助滚道面；在所述辅助滚道面和所述外周面之间以及所述辅助滚道面和所述内滚道面之间分别形成有均具有圆弧形截面的倒角部；所述内圈的所述外周面和敛缝侧端面之间的倒角部被形成为具有圆弧形截面；并且所述倒角部的所述圆弧形截面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内。
实施方式
下面将参照附图对本发明的优选的实施方式进行描述。
图1是示出本发明的车轮用轴承装置的优选实施方式的纵向剖示图，并且图2是示出了图1的内圈的放大图。在下面的描述中，当车轮用轴承装置安装到车辆上时，车轮用轴承装置的远端被称为“外侧”(图1中的左侧)，车轮用轴承装置的近端被称为“内侧”(图1中的右侧)。
在图1中示出的本发明的用于车辆的车轮的轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并且包括内部件1、外部件2以及可滚动地容纳在内部件1和外部件2之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部件1包括毂轮4和内圈5，该内圈以预定的过盈量压配合到毂轮4上。
毂轮4在其外侧端处一体地形成有车轮安装凸缘6，在该车轮安装凸缘6上沿周缘等距离地布置有毂螺栓6a。毂轮4在其外周上形成有一个(外侧)内滚道面4a，并且毂轮4具有从内滚道面4a延伸的筒形部4b。外周上形成有另一(内侧)内滚道面5a的内圈5以预定的过盈量被压配合到筒形部4b上，并且在敛缝部7所施加的预定的轴承预压力下被轴向固定在筒形部4b上，该敛缝部通过将筒形部4b的端部径向向外塑性变形而形成。
外部件2在其外周上一体地形成有车体安装凸缘2b以安装在车辆的车体(未示出)上，并且外部件2在其内周上形成有外滚道面2a、2a。在这些外滚道面2a、2a和内滚道面4a、5a之间容纳有双列滚动元件(滚珠)3、3，并且双列滚动元件(滚珠)被保持架8、8可滚动地保持。密封件9和盖10安装在外部件2和内部件1之间形成的环形空间的开口内，防止轴承中容纳的润滑油泄露，并防止雨水和灰尘从外面进入到轴承中。
尽管这里示出的结构是被称为第三代类型的用于从动轮的车轮用轴承装置，其中内滚道面4a直接形成在毂轮4的外周上，但是本发明不仅仅局限于这样的结构，可以将本发明应用于一对内圈被压配合到毂轮的筒形部上的第一代类型或第二代类型的车轮用轴承装置。除此之外，尽管示出了使用利用滚珠作为滚动元件3、3的双列角接触滚珠轴承的车轮用轴承装置，但是也可以使用利用圆锥滚子作为滚动元件的双列圆锥滚子轴承。
毂轮4可由碳含量按重量计为0.40-0.80％的中高碳钢(例如S53C)制成，并且通过高频感应淬火形成有硬化层11(由交叉影线表示)，使得包括外侧内滚道面4a在内的从供密封件9滑动接触的密封件座部到筒形部4b的区域被硬化为具有50HRC至64HRC的表面硬度。敛缝部7保持为非硬化部分，具有锻造后的25HRC以下的坯料表面硬度。另一方面，内圈5和滚动元件3由诸如SUJ2的高碳铬钢制成，并且通过浸渍淬火而淬硬到其芯部，从而具有58HRC至64HRC的表面硬度。
类似于毂轮4，外部件2由碳含量按重量计为0.40-0.80％的中高碳钢(例如S53C)制成，并且至少双列外滚道面2a、2a被硬化为具有50HRC至64HRC的表面硬度。
本发明的申请人已经检验并分析了由内圈5的相互碰撞而导致的凹痕，并且注意到这些凹痕和由敛缝步骤所导致的环向应力之间的关系，然后彻底地调查了在敛缝期间或在敛缝之后在内圈5上产生裂纹的原因。结果，发现了由凹痕形成的裂纹产生在内圈5的外周面5b和大端面(即，敛缝侧端面)5c之间的倒角部12上，在倒角部12中由敛缝导致的环向应力增加，如图2的放大图所示。
申请人已经发现了一种内圈5的优选配置，这种配置不会在内圈的制造步骤期间由于内圈5的相互碰撞而容易地导致在内圈上出现凹痕，并且已经注意到，为了减少因环向应力在内圈5的外周面5b上最大而在内圈5上产生裂纹，尽管凹痕的面积大但是有必要减小凹痕的深度。
申请人在内圈5的倒角部12上形成凹痕并且测量该凹痕的顶端圆角以及其内产生的应力。结果，申请人已经发现相对于敛缝后在内圈5上产生的环向应力来说，每个凹痕的顶端圆角越小，应力强度系数越大并因此最大主应力增加。也就是说，由于顶端圆角可转换为倒角部12上的圆弧表面，进一步地可转换为分别形成在辅助滚道面13和外周面5b之间的倒角部14以及在辅助滚道面13和内滚道面5a之间的倒角部15，因此增大各倒角部12、14、15的曲率半径对抑制在内圈5上产生裂纹是很有效的。
根据本发明，锥形的辅助滚道面13在内滚道面5a附近形成在内圈5的外周面5b上，并且在辅助滚道面13和外周面5b之间以及辅助滚道面13和内滚道面5a之间分别形成倒角部14、15。倒角部14、15均具有曲率半径为R1的圆弧形截面，并且辅助滚道面13和外周面5b之间的倾角θ1被设定为在40°至60°的范围内，优选为40°至50°。这样可以抑制在制造步骤期间由内圈5的相互碰撞而导致产生凹陷。在这种情况下，如果倾角θ1被设定为大于60°，对凹陷产生的抑制效果会降低，另一方面，如果倾角θ1被设定小于40°，则在外周面5b的轴向宽度会减小。因此，在需要密封件的情况下，难以保持用于安装密封件的空间，此外，由于用来承受环向应力的材料体积减小，内圈5的刚性和强度将会降低，并且因此将会更容易产生裂纹。在本说明书中，术语“辅助滚道面”是指这样的部分，该部分从形成内滚道表面5a的截面的圆弧状曲线平滑延伸，并且具有由曲率比形成内滚道面5a的圆弧的曲率小的曲线或者直线形成的截面。
当向轴承施加大的力矩负载并且接触角增大时，接触椭圆将超过内圈5的内滚道面5a突出至辅助滚道面13。然而，由于具在辅助滚道面13和外周面5b之间以及在辅助滚道面13和内滚道面5a之间形成曲率半径为R1的圆弧形截面的倒角部14、15，因此可以防止在拐角处产生边缘负载，因此改善内圈5的耐用性。
此外，申请人给出了内圈5的倒角部12的圆弧形截面具有不同的曲率半径R1的实例，并且在敛缝期间对内圈5进行裂纹测试。这个测试的结果在表1中示出。如从表1中可以看出，如果倒角部12的圆弧形截面的曲率半径R1大于R1.2以上，则不会产生任何裂纹。因此，在本发明中倒角部12的圆弧形截面的曲率半径R1被设定在R1.2至R3.0的范围内。圆弧形截面的曲率半径R1越大，则凹痕的面积越大而凹痕的深度越小。相应地，凹痕的深度变小，因此对内圈5的耐用性是有利的。相反地，如果倒角部12的圆弧形截面的曲率半径R1超过R3.0，则外周面5b的宽度减小得不能让人接受。可以使内圈5的宽度变大以将倒角部12的圆弧形截面的曲率半径R1设定得大些。然而，这不仅会增加内圈5的重量，还会增加毂轮4的重量，因此会无法接受地阻碍轴承装置的重量和尺寸的减小。
表1
  倒角部的曲率半径R1   R1.0   R1.1   R1.2   R1.3   R1.4
  内圈上产生裂纹？   ×   △   ○   ○   ○
×：产生裂纹  △：部分产生裂纹  ○：没有裂纹产生
为了防止在倒角部12的拐角处形成应力集中，倒角部12可由在外周面5b和倒角部12的圆弧形截面之间形成的切线角在5°至30°，优选地为15°±5°的范围内的圆弧形截面平滑地连接。这样可以提供一种车轮用轴承装置，其能够防止在敛缝工作期间由内圈5之间的相互碰撞引起的凹痕而在内圈5上产生裂纹，并且因此改善内圈5的耐用性和可靠性。
已经参照优选的实施方式描述了本发明。显然，本领域普通技术人员在阅读和理解了上面详细的描述之后可以进行变型和替换。本发明理应解释为包含所有这些替换和变型，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。
工业实用性
本发明的车轮用轴承装置能够应用于具有自保持结构的第一代至第三代的任何轴承装置，在这种自保持结构中，内圈被压配合到毂轮的筒形部上，并且通过使筒形部的端部塑性变形而将内圈轴向固定在该筒形部上。
附图标记的说明：
1   内部件
2   外部件
2a  外滚道面
2b  车体安装凸缘
3   滚动元件(滚珠)
4   毂轮
4a、5a  内滚道面
4b   筒形部
5    内圈
5b   外周面
5c   大端面
6    车轮安装凸缘
6a   毂螺栓
7    敛缝部
8    保持架
9    密封件
10   盖
11   硬化层
12、14、15  倒角部
13   辅助滚道面
51   毂轮
51a、52a  内滚道面
51b  筒形部
51c  敛缝部
52   内圈
53   外圈
53a  外滚道面
53b  车体安装凸缘
54   滚珠
55   车轮安装凸缘
56   毂螺栓
57、58  密封件
59   内圈的外周
a    毂轮
b    轴部
c     检查用内圈
d     测力传感器
R1    倒角部的圆弧形截面的曲率半径
θ1   辅助滚道面和外周面之间的倾角
θ2   倒角部的切线角

Claims (5)

1.一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：
外部件，该外部件在其内周上形成有双列外滚道面；
内部件，该内部件包括毂轮和至少一个内圈，所述毂轮在一端一体地形成有车轮安装凸缘，并且所述毂轮在外周上具有轴向延伸的筒形部，所述内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内部件在外周上还形成有与所述外部件的所述外滚道面相对的内滚道面；
双列滚珠，所述双列滚珠通过保持架以能自由滚动的方式容纳在所述内部件的所述内滚道面和所述外部件的所述外滚道面之间；并且
所述内圈借助于使所述筒形部的端部径向向外塑性变形而形成的敛缝部相对于所述毂轮轴向固定；
所述车轮用轴承装置的特征在于：
靠近所述内圈的内滚道面在该内圈的外周面上形成有锥形的辅助滚道面，所述内圈的所述外周面和敛缝侧端面之间的倒角部被形成为具有圆弧形截面，并且所述倒角部的所述圆弧形截面的曲率半径被设定在R1.2至R3.0的范围内。
2.根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其中，所述辅助滚道面和所述外周面之间的倾角被设定在40°至60°的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的车轮用轴承装置，其中，在所述辅助滚道面和所述外周面之间以及所述辅助滚道面和所述内滚道面之间分别形成有均具有圆弧形截面的倒角部，并且其中每个圆弧形截面的曲率半径均被设定在R1.2至R3.0的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车轮用轴承装置，其中所述外周面和所述敛缝侧端面之间的所述倒角部由在该外周面和该倒角部的所述圆弧形截面之间形成的、切线角在5°至30°范围内的圆弧形截面平滑地连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所述内部件包括所述毂轮和所述内圈；所述毂轮在一端一体地形成有车轮安装凸缘，在外周上形成有与所述外部件的所述双列外滚道面中的一个外滚道面相对的内滚道面，并且具有从所述内滚道面轴向延伸的所述筒形部；并且所述内圈被压配合到所述毂轮的所述筒形部上，并且所述内圈在外周上形成有与所述外滚道面中的另一外滚道面相对的内滚道面。
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