DE102015115293A1

DE102015115293A1 - Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit

Info

Publication number: DE102015115293A1
Application number: DE102015115293.2A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Onizuka
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2016-03-17
Also published as: KR20160031965A; JP2016060267A; CN105414358A; US20160074928A1; US10105799B2; JP6464625B2

Abstract

Ein Axialschnitt eines durchgehenden Abschnitts, wo eine äußere Umfangsoberfläche eines Spindelabschnitts einer Hauptspindel, in welche ein Stempel eingesetzt ist, durchgehend zu einer äußeren Umfangsoberfläche eines Stempelhalters ist, ist aus einem ersten Kreisbogen gebildet, der an die äußere Umfangsoberfläche des Spindelabschnitts angrenzt, und aus einem zweiten Kreisbogen, der an die äußere Umfangsoberfläche des Stempelhalters angrenzt. Der erste Kreisbogen und der zweite Kreisbogen sind in Kontakt miteinander. Der zweite Kreisbogen ist hinsichtlich seines Krümmungsradius kleiner als der erste Kreisbogen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Herstellungsvorrichtung, welche eine Nabeneinheit fertigt und welche in einem Prozess des Bördelns eines Wellenendes einer Innenwelle verwendet wird, nachdem ein Innenringteil im Presssitz über dem Wellenende der Innenwelle angeordnet wurde. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Herstellungsvorrichtung, bei der eine Hauptspindel, welche einen Bördelstempel trägt, eine verbesserte Festigkeit hat.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Nabeneinheit wird als eine Lagervorrichtung verwendet, welche Räder eines Fahrzeugs derart lagert, dass die Räder drehbar sind. In einer Innenwelle der Nabeneinheit wird ein Innenringteil in ein Wellenende einer Nabenwelle eingebaut. Während des Herstellungsvorgangs einer Nabeneinheit wird das Wellenende der Nabenwelle gebördelt, so dass das eingebaute Innenringteil daran gehindert ist, aus dem Wellenende herauszurutschen. Beispielsweise wird für diesen Bördelprozess eine oszillierende Bördelvorrichtung gemäß der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-38005 ( JP 2000-38005 A ) verwendet.
8 zeigt schematisch ein Bördelverfahren unter Verwendung einer oszillierenden Bördelvorrichtung 100. Eine Nabenwelle 101 hat einen zylindrischen Wellenendabschnitt an einem Wellenende hiervon. Ein Innenringteil 102 wird im Presssitz über dem Wellenendabschnitt 106 angeordnet. In diesem Fall steht ein Teil des Wellenendabschnitts 106 von einer Endfläche des Innenringteils 102 vor. In der oszillierenden Bördelvorrichtung 100 wird ein Stempel 104 gegen den vorstehenden Teil gedrückt, um den vorstehenden Teil radial nach außen zu drücken. In 8 ist die Form des Wellenendabschnitts 106, welche noch nicht plastisch verformt worden ist, mittels einer Linie aus langen und doppelten kurzen Strichen dargestellt
Der Stempel 104 ist an einem distalen Ende einer Hauptspindel 105 angebaut. Die Hauptspindel 105 ist um einen bestimmten Winkel θ zur Achse der oszillierenden Bördelvorrichtung geneigt. Somit kontaktiert der Stempel 104 den Wellenendabschnitt 106 an einem Punkt entlang eines Umfangs des Wellenendabschnitts 106. Durch Drücken des Stempels 104 gegen den Wellenendabschnitt 106 wird der Kontaktabschnitt radial nach außen plastisch verformt. Wenn die Hauptspindel 105 in Richtung der Nabenwelle abgesenkt wird, während sie um die Achse der Nabenwelle 101 geschwenkt wird, wird der Wellenendabschnitt 106 entlang eines Umfangs hiervon radial nach außen plastisch verformt. Auf diese Weise verformt die oszillierende Bördelvorrichtung 100 den Wellenendabschnitt 106 plastisch und teilweise, was erlaubt, dass der Wellenendabschnitt 106 mit einer relativ niedrigen Bördellast im Vergleich zu einem Verfahren bearbeitet werden kann, bei dem der gesamte Umfang des Wellenendabschnitts 106 in einem Zug plastisch verformt wird.
Somit wird ein Bördelabschnitt 103 an dem Wellenende der Nabenwelle 101 gebildet. Der Bördelabschnitt 103 begrenzt eine Bewegung des Innenringteils 102 in axialer Richtung, um ein Herausrutschen des Innenringteils 102 zu verhindern.
Der Stempel 104 wird bei Bedarf abhängig von der Größe der Nabeneinheit 107 gegen einen anderen Stempel ausgetauscht. Daher ist ein Stempelhalter 108, an welchem der Stempel 104 angebracht ist, an dem Spindelende der Hauptspindel 105 ausgebildet. Der Stempelhalter 108 hat Außenabmessungen gleich den Außenabmessungen des Stempels 104 und einen relativ großen Durchmesser. Andererseits trägt ein Spindelabschnitt 109 entsprechend der gesamten Hauptspindel 105 mit Ausnahme des Stempelhalters 108 nur eine niedrige Bördellast und muss nur eine geringe Durchmesserabmessung haben. Ein Beispiel für die Form des Spindelabschnitts 109 mit verringerter Durchmesserabmessung ist in 8 gestrichelt dargestellt. Eine Verringerung des Durchmessers des Spindelabschnitts 109 erlaubt, dass die oszillierende Bördelvorrichtung 100 kompakt gemacht werden kann. Wie oben beschrieben, ist in der Hauptspindel 105 der oszillierenden Bördelvorrichtung 100 der Spindelabschnitt 109 wie ein Zylinder mit geringem Durchmesser geformt, und an dem Spindelende des Spindelabschnitts 109 ist der Stempelhalter 108 mit großem Durchmesser angeordnet.
Die oben beschriebene Form bringt jedoch einen „Verbindungsabschnitt” K mit sich, der an einem Abschnitt der Hauptspindel 105 ausgebildet ist, wo der Stempelhalter 108 und der Spindelabschnitt 109 zusammengefügt sind. Wenn die oszillierende Bördelvorrichtung 100 mit der hierin eingesetzten Hauptspindel 105 in einer Massenfertigungsstraße verwendet wird, um eine große Anzahl von Nabeneinheiten herzustellen, kann der „Verbindungsabschnitt” K in nachteiliger Weise relativ früh brechen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit, die in einem Bördelprozess eines Wellenendes einer Nabenwelle verwendet wird, den vorzeitigen Bruch einer Hauptspindel zu vermeiden, welche an einem Spindelende hiervon einen Stempelhalter hat, der einen Durchmesser größer als der Durchmesser eines Spindelabschnitts hat, um eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit zu erhalten, welche eine verbesserte Haltbarkeit hat
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bewirkt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit, dass, nachdem ein Innenringteil in eine Nabenwelle einer Nabeneinheit eingebaut worden ist, ein Stempel einen Wellenendabschnitt der Nabenwelle kontaktiert, um den Wellenendabschnitt unter plastischer Verformung des Wellenendabschnitts mit Druck zu beaufschlagen und zu erweitern, so dass das Innenringteil von der Nabenwelle zurückgehalten wird. Eine Hauptspindel, in welche der Stempel eingesetzt ist, hat einen zylindrischen Spindelabschnitt und einen Stempelhalter, der einteilig mit dem Spindelabschnitt ausgebildet ist und einen größeren Durchmesser als der Spindelabschnitt hat. Ein Axialschnitt eines durchgehenden Abschnitts, wo eine äußere Umfangsoberfläche des Spindelabschnitts mit einer äußeren Umfangsoberfläche des Stempelhalters zusammengefügt ist, ist aus einem ersten Kreisbogen gebildet, der in Verbindung mit der äußeren Umfangsoberfläche des Spindelabschnitts steht, und aus einem zweiten Kreisbogen, der mit der äußeren Umfangsoberfläche des Stempelhalters in Verbindung steht. Der erste Kreisbogen und der zweite Kreisbogen sind miteinander in Kontakt, und der zweite Kreisbogen hat einen kleineren Krümmungsradius als der erste Kreisbogen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die voranstehenden und weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und in der:
1 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils einer Hauptspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Darstellung ist, welche die Anordnung einer Nabeneinheit und einer oszillierenden Bördelvorrichtung zeigt, wenn unter Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bördelvorgang durchgeführt wird;
3 eine Darstellung ist, welche eine Belastungsverteilung zeigt, die in einem durchgehenden Abschnitt bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftritt;
4 eine Darstellung ist, welche die Erzeugung einer Belastung während des Bördelns zeigt;
5 eine Darstellung ist, welche die Belastungsverteilung zeigt, welche in einem durchgehenden Abschnitt eines Vergleichsbeispiels 1 auftritt;
6 eine Darstellung ist, welche die Belastungsverteilung zeigt, welche in einem durchgehenden Abschnitt eines Vergleichsbeispiels 2 auftritt;
7 eine Darstellung ist, welche die Belastungsverteilung an einem durchgehenden Abschnitt bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine Schnittansicht ist, welche eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 2 erfolgt eine Beschreibung des Aufbaus einer oszillierenden Bördelvorrichtung 34, welche eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist, sowie eines Bördelverfahrens unter Verwendung der oszillierenden Bördelvorrichtung 34. Eine Richtung von oben nach unten in 2 sei eine vertikale Richtung. 2 zeigt, wie die oszillierende Bördelvorrichtung 34 in vertikaler Richtung oberhalb einer Nabeneinheit 10 angeordnet ist und wie ein Wellenende einer Nabenwelle gebördelt wird. Um das Verständnis des gebördelten Zustands zu erleichtern, zeigt 2 nur einen Kopfabschnitt 35 der oszillierenden Bördelvorrichtung 34. Weiterhin ist während des eigentlichen Bördelns ein unterer Endabschnitt des Kopfabschnitts 35 in Kontakt mit einem oberen Endabschnitt der Nabeneinheit 10. Um eine Verkomplizierung der Figur zu vermeiden, sind jedoch der Kopfabschnitt 35 und die Nabeneinheit 10 in einer Richtung von oben nach unten getrennt voneinander dargestellt.
Zunächst sei die Nabeneinheit 10 beschrieben. Wenn die Nabeneinheit 10 in ein Fahrzeug eingebaut wird, entspricht eine Unterseite in 2 der Außenseite des Fahrzeugs. Daher ist die Unterseite in 2 nachfolgend als Außenseite bezeichnet und die Oberseite in 2 ist nachfolgend als Innenseite bezeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung der Nabeneinheit 10 bezieht sich „axiale Richtung” auf die Richtung einer Achse 37 der Nabeneinheit 10. Eine Richtung senkrecht zur axialen Richtung ist nachfolgend als „radiale Richtung” bezeichnet.
Die Nabeneinheit 10 hat einen Außenring 11, einen Innenring 12, Kugeln 13, 13 und Käfige 14, 14.
Der Außenring 11 ist aus kohlenstoffhaltigem Stahl, beispielsweise S55C. Ein Flanschabschnitt 15 ist an einem Außenumfang hiervon einteilig mit dem Außenring 11 ausgebildet. Zwei Reihen von äußeren Laufflächen 16a und 16b sind an einem Innenumfang des Außenrings 11 ausgebildet. In einem Axialschnitt ist jede der äußeren Laufflächen 16a und 16b wie ein Kreisbogen ausgebildet.
Der Innenring 12 enthält eine Nabenwelle 17 und ein Innenringteil 18, welches im Presssitz über ein innenseitiges Ende der Nabenwelle 17 gesetzt ist. Die Nabenwelle 17 ist aus kohlenstoffhaltigem Stahl wie S55C. In der Nabenwelle 17 sind einteilig ein Wellenabschnitt 19 und ein Flanschabschnitt 20 ausgebildet.
Eine angewinkelte innere Lauffläche 21b ist entlang des gesamten Außenumfangs des Wellenabschnitts 19 ausgebildet. In einem Axialschnitt ist die innere Lauffläche 21b kreisbogenförmig ausgebildet. Eine zylindrische Oberfläche 22 ist von der inneren Lauffläche 21b aus gesehen an einem innenseitigen Abschnitt des Wellenabschnitts 19 angeordnet. Die zylindrische Oberfläche 22 ist zylindrisch koaxial mit der inneren Lauffläche 21b und hat eine Außendurchmesserabmessung im Wesentlichen gleich einem Minimaldurchmesser der inneren Lauffläche 21b. Ein Schulter 28 ist von der inneren Lauffläche 21b aus gesehen an einem außenseitigen Abschnitt des Wellenabschnitts 19 ausgebildet. Die Schulter 28 hat Zylinderform koaxial zu der inneren Lauffläche 21b.
Eine Innenringpassfläche 23 ist an einem Außenumfang eines innenseitigen Wellenendes des Wellenabschnitts 19 ausgebildet. Die Innenringpassfläche 23 ist zylindrisch koaxial zu der zylindrischen Oberfläche 22 ausgeformt und hat einen kleineren Außendurchmesser als die zylindrische Oberfläche 22. Die zylindrische Oberfläche 22 geht über eine flache Seitenfläche 24, welche sich in radialer Richtung erstreckt, in die Innenringpassfläche 23 über. Die Innenringpassfläche 23 ist in axialer Länge gesehen größer als das Innenringteil 18. Wenn somit das Innenringteil 18 über die Innenringpassfläche 23 gesetzt wird, steht ein Teil der Innenringpassfläche 23 von einer Endfläche des Innenringteils 18 vor.
Eine Endfläche 25, welche eine sich in radialer Richtung erstreckende flache Oberfläche ist, ist an einem innenseitigen Abschnitt der Innenringpassfläche 23 ausgebildet. In der Endfläche 25 ist eine Öffnung 26 koaxial zu der Innenringpassfläche 23 ausgebildet. Die Tiefe der Öffnung 26 von der Endfläche 25 aus ist größer als die Länge von der Endfläche 25 zu einer innenseitigen Endfläche des Innenringteils 18, wenn das Innenringteil 18 über die Innenringpassfläche 23 gesetzt ist. Somit ist ein zylindrischer Abschnitt 43 an dem innenseitigen Wellenende des Wellenabschnitts 19 ausgebildet, der von dem Innenringteil 18 in axialer Richtung vorsteht. Nach dem Bördelvorgang ist der zylindrische Abschnitt 43 plastisch in einen Bördelabschnitt 27 deformiert. In 2 ist die Form des nicht gebördelten zylindrischen Abschnitts 43 durch eine Linie aus langen und doppelten kurzen Strichen dargestellt.
Der Flanschabschnitt 20 ist wie eine Scheibe geformt und einteilig mit einem außenseitigen Abschnitt des Wellenabschnitts 19. In dem Flanschabschnitt 20 ist eine Mehrzahl von Bolzen 29 vorgesehen, welche den Flanschabschnitt 20 in axialer Richtung durchtreten, so dass ein Rad angebracht wird. An einer außenseitigen Fläche des Flanschabschnitts 20 ist eine mit dem Flanschabschnitt 20 koaxiale zylindrische Radzentrierverbindung 30 ausgebildet.
Das Innenringteil 18 ist aus einem Lagerstahl gebildet. Eine innere Lauffläche 21a ist an einem Außenumfang des Innenringteils 18 ausgebildet. Eine Schulter 31a ist an einer Seite der inneren Lauffläche 21a in axialer Richtung ausgebildet und eine Schulter 34b ist an der anderen Seite der inneren Lauffläche 21a in axialer Richtung ausgebildet. Ein Axialschnitt der inneren Lauffläche 21a hat eine Kreisbogenform. Jede der Schultern 31a und 31b ist eine zylindrische Oberfläche koaxial zu der inneren Lauffläche 21a. Die axial innenseitige Schulter 31a ist im Außendurchmesser größer als die axial außenseitige Schulter 31b. Ein Innenumfang des Innenringteils 18 ist eine zylindrische Oberfläche, die koaxial zu der inneren Lauffläche 21a ist. Eine kleine Endfläche 32 ist in axialer Richtung an einem Ende des Innenringteils 18 ausgebildet. Eine große Endfläche 33 ist in axialer Richtung an der anderen Seite des Innenringteils 18 ausgebildet. Die kleine Endfläche 32 und die große Endfläche 33 sind flache Oberflächen, welche parallel zueinander sind und sich in radialer Richtung erstrecken.
Das Innenringteil 18 ist über die Innenringpassfläche 23 derart gesetzt, dass die kleine Endfläche 32 zur Außenseite zeigt, und wird aufgepresst, bis die kleine Endfläche 32 in Anlage mit der Seitenfläche 24 ist. Wenn das Innenringteil 18 über die Innenringpassfläche 23 gesetzt wird, werden die Kugeln 13 zwischen die äußere Lauffläche 16a und die innere Lauffläche 21a, die einander in radialer Richtung gegenüberliegen, und zwischen die äußere Lauffläche 16b und die innere Lauffläche 21b eingebaut, die einander in radialer Richtung gegenüberliegen. Die Kugeln 13 werden durch die Käfige 14 entlang der Laufflächen in bestimmten Abständen zueinander gehalten. Damit sind die Nabenwelle 17 und der Außenring 11 koaxial zusammengebaut
Danach wird die oszillierende Bördelvorrichtung 34 gemäß nachfolgender Beschreibung verwendet, um den zylindrischen Abschnitt 43 in radialer Richtung nach außen zu verformen, um den Bördelabschnitt 27 zu bilden. Der Bördelabschnitt 27 verhindert, dass das Innenringteil 18 herausrutscht, und erlaubt den Zusammenbau der Nabeneinheit 10.
Nachfolgend wird ebenfalls unter Bezugnahme auf 2 der Aufbau des Kopfabschnitts 35 der oszillierenden Bördelvorrichtung 34 beschrieben. Der Kopfabschnitt 35 ist so angeordnet, dass eine Achse (nachfolgend als „Kopfachse” bezeichnet) 36 hiervon koaxial mit einer Achse 37 der Nabeneinheit (nachfolgend als „Nabenachse” bezeichnet) ist. Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, ist der Kopfabschnitt 35 durch eine Kugellagerung drehbeweglich gelagert und kann um die Kopfachse 36 drehen. Eine Drehkraft um die Kopfachse 36 herum wird beispielsweise durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotor aufgebracht. Der Kopfabschnitt 35 wird durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Linearlager so gelagert, dass er in vertikaler Richtung beweglich ist. Die Bewegung in vertikaler Richtung wird durch einen Kugelgewindeantrieb, einen Hydraulikzylinder etc. (in der Zeichnung nicht dargestellt) durchgeführt.
In den Kopfabschnitt 35 ist eine Hauptspindel 38 eingebaut. Die Hauptspindel 38 ist um eine Achse 42 (nachfolgend als „Hauptspindelachse 42” bezeichnet) drehbeweglich gelagert, welche zur Kopfachse 36 um einen bestimmten Winkel θ geneigt ist. Die Hauptspindelachse 42 schneidet die Kopfachse 36 an einer Position im Wesentlichen entsprechend einem Bördelabschnitt 52 an einem Spindelende der Hauptspindel 38.
Der Aufbau der Hauptspindel 38 wird nun im Detail beschrieben. Die Hauptspindel 38 ist aus kohlenstoffhaltigem Stahl und enthält einen Spindelabschnitt 39 und einen Stempelhalter 40, die einteilig miteinander ausgebildet sind. In der nachfolgenden Beschreibung von Hauptspindel 38 und Stempelhalter 40 bezeichnet „axiale Richtung” eine Richtung der Hauptspindelachse 42 und „radiale Richtung” bezeichnet eine Richtung senkrecht zur Hauptspindelachse 42.
Der Spindelabschnitt 39 ist wie ein Zylinder geformt. Eine äußere Umfangsoberfläche 44 des Spindelabschnitts 39 ist eine zylindrische Oberfläche, welche koaxial zur Hauptspindelachse 42 ist, und ist geschliffen. Nadellager sind in Reihen zwischen die äußere Umfangsoberfläche 44 und eine aufnehmende innere Umfangsoberfläche 46 des Kopfabschnitts 35 eingebaut. Ein Nadellager 45b ist an einem Abschnitt näher zu dem Stempelhalter eingebaut. Ein Nadellager 45a ist in axialer Richtung gesehen in einem Abschnitt entfernt von dem Stempelhalter eingebaut. Jedes der Nadellager 45a und 45b ist vom Käfig/Rollen-Typ, in welchem Rollen und ein Käfig in Kombination miteinander sind. Die äußere Umfangsoberfläche 44 und die aufnehmende innere Umfangsoberfläche 46 sind jeweils eine Lauffläche für die Nadellager 45a und 45b. Ein Schubsockel 47 ist an einem oberen Spindelende der Hauptspindel 38 in vertikaler Richtung gesehen angeordnet. Ein Axialkugellager 53 ist zwischen den Schubsockel 47 und ein Gehäuse 48 eingebaut. Somit ist die Hauptspindel 38 so gelagert, dass sie bezüglich des Gehäuses 48 drehbar und axial unbeweglich ist.
Der Stempelhalter 40 hat die Form eines Zylinders. Eine äußere Umfangsoberfläche des Stempelhalters 40 ist gebildet aus einer zylindrischen Oberfläche 54, einer Seitenfläche 49 und einer Stempelanbaufläche 50. Die zylindrische Oberfläche 54 hat die Form eines Zylinders koaxial zur Hauptspindelachse 42 und ist im Durchmesser größer als der Spindelabschnitt 39. Die Seitenfläche 49 ist aus einer flachen Oberfläche senkrecht zur Hauptspindelachse 42 gebildet und verbindet ein Ende der zylindrischen Oberfläche 54, die näher zum Spindelabschnitt 39 ist, mit der äußeren Umfangsoberfläche 44 des Spindelabschnitts 39. Die Stempelanbaufläche 50 ist eine Oberfläche, an der ein Stempel 41 angebracht wird. Die Stempelanbaufläche 50 ist aus einer flachen Oberfläche senkrecht zur Hauptspindelachse 42 gebildet und ist in axialer Richtung gesehen mit dem anderen Ende der zylindrischen Oberfläche 54 in Verbindung.
Der Stempel 41 hat im Wesentlichen zylindrische Form und ist an der Stempelanbaufläche 50 durch einen Bolzen (nicht dargestellt) festgelegt, der koaxial zur Hauptspindelachse 42 eingesetzt ist. Der Stempel 41 ist aus einem Material wie Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl. Eine zylindrische Oberfläche 66, die koaxial zur Hauptspindelachse 42 ist, ist an einem Außenumfang des Stempels 41 ausgebildet. Eine flache Oberfläche 55, die senkrecht zur Hauptspindelachse 42 ist, ist in axialer Richtung an einer Seite des Stempels 41 ausgebildet. Ein vorstehender Abschnitt 58, der in axialer Richtung koaxial zur Hauptspindelachse 42 vorsteht, ist in axialer Richtung gesehen an der anderen Seite des Stempels 41 ausgebildet. Der vorstehende Abschnitt 58 ist gebildet aus einer flachen Endfläche 59 und einer abgeschrägten Fläche 60. Die Endfläche 59 ist senkrecht zur Hauptspindelachse 42. Der Durchmesser der abgeschrägten Fläche 60 vergrößert sich mit zunehmender Erstreckung der abgeschrägten Fläche 60 in axialer Richtung ausgehend von einer äußeren Umfangskante der Endfläche 59. Ein ringförmiger Bördelabschnitt 52 ist an einem radial äußeren Abschnitt des vorstehenden Abschnitts 58 ausgebildet. Der Bördelabschnitt 52 hat im Wesentlichen eine Kreisbogenform und einen Axialschnitt, der in axialer Richtung zurückspringend ist. Ein Abschnitt des Kreisbogens näher zur Hauptspindelachse 42 ist in Verbindung mit der abgeschrägten Fläche 60.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Abschnitt der Hauptspindel 38, wo die äußere Umfangsoberfläche 44 des Spindelabschnitts 39 und die Seitenfläche 49 des Stempelhalters 40 miteinander in Verbindung sind, näher beschrieben. 1 ist eine vergrößerte Ansicht einer Hauptteils der Hauptspindel 38 im Axialschnitt.
Ein Axialschnitt des Abschnitts, wo die äußere Umfangsoberfläche 44 und die Seitenfläche 49 in Verbindung sind, wird durch einen ersten Kreisbogen 56 in Verbindung mit der äußeren Umfangsoberfläche 44 und einen zweiten Kreisbogen 57 in Verbindung mit der Seitenfläche 49 geformt. Ein Bereich, der die äußere Umfangsoberfläche 44 und die Seitenfläche 49 miteinander verbindet, ist nachfolgend als „durchgehender Abschnitt” bezeichnet. In einer ersten Ausführungsform ist ein Bereich, der aus dem ersten Kreisbogen 56 und dem zweiten Kreisbogen 57 gebildet ist, als durchgehender Abschnitt X1 bezeichnet.
Der erste Kreisbogen 56 ist so geformt, dass er in radialer Richtung nach innen vorsteht. Ein Krümmungsmittelpunkt C1 des ersten Kreisbogens 56 liegt in radialer Richtung außerhalb der äußeren Umfangsoberfläche 44 und näher an der äußeren Umfangsoberfläche 44 als an der Seitenfläche 49. Der erste Kreisbogen 56 schneidet oder berührt die äußere Umfangsoberfläche 44 und eine Verlängerung des ersten Kreisbogens 56 schneidet die Seitenfläche 49. Das heißt, wenn der Krümmungsradius des ersten Kreisbogens 56 mit R1 bezeichnet wird, ist an der Position des Krümmungsmittelpunkts C1 des ersten Kreisbogens 56 eine radiale Abmessung L11 von der äußeren Umfangsoberfläche 44 aus kleiner oder gleich R1 (L11 ≤ R1) und eine axiale Abmessung L12 von der Seitenfläche 49 aus ist kleiner als R1 (L12 < R1). Ein Punkt, an welchem der erste Kreisbogen 56 die äußere Umfangsoberfläche 44 schneidet, ist als Punkt P1 bezeichnet.
Der zweite Kreisbogen 57 ist so geformt, dass er in radialer Richtung nach innen vorsteht. Ein Krümmungsmittelpunkt C2 des zweiten Kreisbogens 57 liegt radial außerhalb des ersten Kreisbogens 56 und näher an der äußeren Umfangsoberfläche 44 als an der Seitenfläche 49. Ein Krümmungsradius R2 des zweiten Kreisbogens 57 ist kleiner als der Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56. Der zweite Kreisbogen 57 schneidet oder kontaktiert die Seitenfläche 49, und der erste Kreisbogen 56 und der zweite Kreisbogen 57 berühren einander. Ein Punkt, an welchem der zweite Kreisbogen 57 die Seitenfläche 49 schneidet, ist als Punkt T bezeichnet und ein Punkt, an welchem der erste Kreisbogen 56 den zweiten Kreisbogen 57 schneidet, ist als Punkt Q bezeichnet. Die Position des Krümmungsmittelpunkts C2 des zweiten Kreisbogens 57 liegt auf einer geraden Linie, welche den Krümmungsmittelpunkt C1 des ersten Kreisbogens 56 und den Punkt Q miteinander verbindet, und eine axiale Abmessung L22 von der Seitenfläche 49 aus ist kleiner oder gleich R2 (L22 ≤ R2).
Die axiale Position des Punkts P1 überlappt das Nadellager 45b nicht. Wenn die axiale Position des Punkts P1 so gesetzt wird, dass sie das Nadellager 45b überlappt, nimmt die Durchmesserabmessung in einem Bereich vom Punkt P1 zum Punkt Q allmählich zu. Folglich ist die Lauffläche an der Hauptspindel 38 für das Nadellager 45 nicht zylinderförmig. Damit kann sich in diesem theoretischen Fall die Lagerrolle schrägstellen oder die Lagerrolle wirkt örtlich ganz erheblich auf die Lauffläche, was in nachteiliger Weise die Lauffläche beschädigen würde. Daher ist bei der ersten Ausführungsform eine axiale Abmessung L32 zwischen dem Punkt P1 und der Seitenfläche 49 kleiner als die axiale Abmessung L42 zwischen der Lauffläche für das Nadellager 45b und die Seitenfläche 49. Der Krümmungsradius R1 und der Krümmungsmittelpunkt C1 des ersten Kreisbogens 56 können nach Bedarf gewählt werden. Dies erlaubt, dass die axiale Position des Punkts P1 so gesetzt wird, dass sie die Lauffläche des Nadellagers 45b nicht überdeckt.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Bearbeitungsverfahren beschrieben, bei dem der zylindrische Abschnitt 43 der Nabenwelle 17 unter Verwendung der oszillierenden Bördelvorrichtung 34 gebördelt wird. Bei Bedarf erfolgt die Beschreibung anhand von 2. Der Kopfabschnitt 35 wird in vertikaler Richtung oberhalb der Nabenwelle 17 angeordnet (siehe 2). Die Kopfachse 36 und die Nabenachse 37 sind koaxial zueinander. Zum Bördeln wird der Kopfabschnitt 35 abgesenkt und der Stempel 41 gegen den zylindrischen Abschnitt 43 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt dreht der Kopfabschnitt 35 um die Kopfachse 36, und somit schwenkt die Hauptspindel 38 um die Kopfachse 36.
Die Hauptspindel 38 ist um den bestimmten Winkel θ zur Kopfachse 36 geneigt. Somit gelangt der zylindrische Abschnitt 43 an einem Punkt entlang des Umfangs des zylindrischen Abschnitts 43 in Kontakt mit dem Stempel 41. In diesem Zustand wird der Kopfabschnitt 35 abgesenkt, und dann wird an dem Kontaktpunkt der zylindrische Abschnitt 43 in radialer Richtung entlang der Kreisbogenfläche des Bördelabschnitts 52 nach außen gedrückt.
Wenn die Hauptspindel 38 schwenkt, ändert sich die Position des Punkts, an dem der zylindrische Abschnitt 43 den Stempel 41 kontaktiert, entlang des Umfangs des zylindrischen Abschnitts 43. Im Ergebnis wird der zylindrische Abschnitt 43 nacheinander entlang des gesamten Umfangs hiervon nach außen in radialer Richtung gedrückt. Wenn die Hauptspindel 38 in vertikaler Richtung nach unten verschoben wird, während sie um die Kopfachse 36 schwenkt, wird der zylindrische Abschnitt 43 in radialer Richtung plastisch nach außen verformt, um den Bördelabschnitt 27 zu bilden. Die Form des Bördelabschnitts 27 ist in 4 gestrichelt dargestellt. Der Bördelabschnitt 27 wird gegen die große Endfläche 33 des Innenringteils 18 gepresst, was verhindert, dass das Innenringteil 18 aus der Nabenwelle 17 gleitet.
Bezug nehmend auf 4 wird eine während des Bördelns auf die Hauptspindel 38 wirkende Belastung beschrieben. Wie in 4 gezeigt, ist das obere Ende der Hauptspindel 38 in der Figur in vertikaler Richtung nach rechts geneigt. Daher nähern sich der Bördelabschnitt 52 des Stempels 41 und der zylindrische Abschnitt 43 einander in der Figur bezüglich der Nabenachse 37 rechts an.
Eine Last F gemäß 4 wirkt an einem Punkt, wo der Bördelabschnitt 52 den zylindrischen Abschnitt 43 kontaktiert. Die Last F ist eine Last, welche in vertikaler Richtung im Wesentlichen nach oben wirkt, und wird auf den Stempel 41 an einem Punkt aufgebracht, der in radialer Richtung entfernt von der Hauptspindelachse 42 ist. Damit wirkt ein Biegemoment M entgegen Uhrzeigerrichtung auf den Stempelhalter 40, der den Stempel 41 hält. Die Wirkung des Biegemoments M verursacht, dass Abschnitte der Hauptspindel 38 elastisch verformt werden, so dass Belastungen in den äußeren Umfangsoberflächen des Spindelabschnitts 39 und des Stempelhalters 40 erzeugt werden. In 4 wird eine Druckkraft in dem durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt, der an einer Position A nahe dem Punkt, wo der Stempel 41 den zylindrischen Abschnitt 43 berührt. Eine Zugkraft wird in dem durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt, der an einer Position B am weitesten entfernt vom Kontaktpunkt liegt.
Wenn die Hauptspindel 38 um 180° um die Kopfachse 36 schwenkt, wird die Hauptspindelachse 42 in eine Position verschoben, in der die Hauptspindelachse 42 symmetrisch zur Kopfachse 36 ist. Das heißt, die Hauptspindel 38 dreht um die Hauptspindelachse 42 in dem Winkel θ zur Kopfachse 36 nach links geneigt. In diesem Fall kontaktiert der Stempel 41 den zylindrischen Abschnitt 43 in 4 links bezüglich der Nabenachse 37 (in der Zeichnung nicht dargestellt). Zu diesem Zeitpunkt wird eine Zugkraft im durchgehenden Abschnitt X1 an der Position A erzeugt und eine Druckkraft wird an dem durchgehenden Abschnitt X1 an der Position B erzeugt. Auf diese Weise führt das Schwenken der Hauptspindel 38 zu einer sich wiederholenden Wirkung von Druckkraft und Zugkraft im durchgehenden Abschnitt X1. Im Ergebnis ermüdet die Hauptspindel in dem durchgehenden Abschnitt X1 und bricht.
Unter Verwendung von 3 wird die Belastung erläutert, welche während des Bördelns in dem durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird. 3 ist eine Axialschnittansicht der Hauptspindel 38 und eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils der Hauptspindel 38 nahe dem durchgehenden Abschnitt X1. 3 zeigt auch die Belastungsverteilung, welche in der Oberfläche der Hauptspindel 38 auftritt. Die Länge einer Linie, welche sich in einer Normalenrichtung von Punkten an einem Außenfang der Hauptspindel 38 aus erstreckt, stellt die Größe der Belastung an diesen Punkten dar. Die Belastungsverteilung zeigt die Berechnungsergebnisse auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Verfahrens (FEM). Die Ermüdungsfestigkeit des Materials wird durch die Zugbelastung wesentlich belastet. Somit zeigt 4 die Belastung, welche an der Stelle B im durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird.
Bei der Berechnung der Belastungswerte wurde der Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56 auf 50 mm gesetzt und der Krümmungsradius R1 des zweiten Kreisbogens 57 wurde auf 5 mm gesetzt. In diesem Fall beträgt die axiale Abmessung L32 zwischen dem Punkt P1 und der Seitenfläche 49 annähernd 20 mm. Die Abmessungen für die relevanten Abschnitte, die zur Belastungsberechnung verwendet werden, sind wie folgt: Die Durchmesserabmessung des Spindelabschnitts 39 ist 50 mm, die Außendurchmesserabmessung des Stempelhalters 40 ist 80 mm, die axiale Dicke des Stempelhalters ist 20 mm, die Außendurchmesserabmessung des zylindrischen Abschnitts 43 ist 60 mm und die Bohrungsdurchmesserabmessung des zylindrischen Abschnitts ist 47 mm. Der Elastizitätsmodul für die Hauptspindel 38 und für den zylindrischen Abschnitt 43 beträgt 208 Pa.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Betrag der Zugbelastung, welche in dem durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird, in axialer Richtung im Wesentlichen gleichförmig und konzentriert sich nicht auf einen bestimmten Bereich. Daher kann der Maximalwert der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird, auf einen mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials annehmbaren Wert verringert werden. Die Belastung, die in jedem der ersten und zweiten Kreisbogen 56 und 57 erzeugt wird, welche den durchgehenden Abschnitt X1 bilden, wird im Detail beschrieben.
Die in einem Abschnitt entsprechend dem ersten Kreisbogen 56 erzeugte Belastung wird beschrieben. Bei der Hauptspindel 38 der ersten Ausführungsform wirkt das Biegemoment M auf den Stempelhalter 40 am Spindelende. Das Biegemoment M wird von den Nadellagern 45a und 45b aufgenommen. Bei dieser Art von Lagerung nimmt das Biegemoment am Spindelabschnitt 39, das auf den durchgehenden Abschnitt X1 wirkt, in Richtung der Seitenfläche 49 zu. In der ersten Ausführungsform ist der erste Kreisbogen 56 vorgesehen, und damit nimmt die Durchmesserabmessung des Spindelabschnitts 39 in Richtung der Seitenfläche 49 zu und ein Widerstandsmoment des Spindelabschnitts 39 nimmt in Richtung der Seitenfläche 49 zu. Somit kann an einem Abschnitt entsprechend dem ersten Kreisbogen 56 das Widerstandsmoment des Spindelabschnitts 39 in Richtung der Seitenfläche 49 mit dem Biegemoment einhergehend erhöht werden. Folglich ist es möglich, einen Anstieg der Belastung zu unterdrücken, die auf den ersten Kreisbogen 56 wirkt.
Andererseits ändert das Bereitstellen des ersten Kreisbogens 56 die Oberflächenform des Spindelabschnitts 39 in Axialrichtung. Dies erhöht einen Formfaktor des Spindelabschnitts 39. Der Formfaktor ist ein Wert, der erhalten wird durch Division der maximalen Belastung, die aus einer Belastungskonzentration ergibt, durch eine Nominalbelastung. Der Grad der Belastungskonzentration erhöht sich in Übereinstimmung mit dem Wert des Formfaktors. Jedoch hat bei der ersten Ausführungsform der erste Kreisbogen 56 einen großen Krümmungsradius R1 derart, dass sich die Oberflächenform allmählich ändert, was erlaubt, dass ein Anstieg des Formfaktors unterdrückt wird. Im Ergebnis ist es möglich, eine Belastungskonzentration am ersten Kreisbogen 56 zu verringern. Um zu ermöglichen, dass sich die Oberflächenform des ersten Kreisbogens 56 allmählich ändert, um einen Anstieg des Formfaktors zu unterdrücken, ist es optimal, den Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56 auf einen Wert zu setzen, der 50 bis 200% der Durchmesserabmessung des Spindelabschnitts 39 beträgt.
Nachfolgend wird die Belastung beschrieben, welche in dem Abschnitt entsprechend dem zweiten Kreisbogen 57 erzeugt wird. Bei der ersten Ausführungsform ist der Krümmungsradius R2 des zweiten Kreisbogens 57 kleiner als der Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56. Somit wird eine relativ hohe Belastung in dem zweiten Kreisbogen 57 aufgrund einer Belastungskonzentration erzeugt (in einem Belastungsbereich G von 3). Die hohe Belastung, welche am zweiten Kreisbogen 57 erzeugt wird, bewirkt, dass die am ersten Kreisbogen 56 erzeugte Belastung verteilt wird. Im Ergebnis nimmt die am ersten Kreisbogen 56 erzeugte Belastung im Wesentlichen ab.
Andererseits bewirkt die Belastungsverteilung am ersten Kreisbogen 56 eine Belastungszunahme am zweiten Kreisbogen 57. Die Außendurchmesserabmessung des Spindelabschnitts 39 nimmt in Richtung Seitenfläche 49 zu. Somit ist an einem Abschnitt des zweiten Kreisbogens 57 in Verbindung mit der Seitenfläche 49, wo der Spindelabschnitt 39 eine große Durchmesserabmessung hat, die durch das Biegemoment M verursachte Belastung klein. Selbst wenn folglich die Belastung am zweiten Kreisbogen 57 zunimmt, ist diese Zunahme nicht so hoch, dass sie ein Problem hinsichtlich der Materialfestigkeit darstellt.
Wenn eine hohe Belastung am zweiten Kreisbogen 57 erzeugt wird, ist es wesentlich, die am ersten Kreisbogen 56 erzeugte Belastung zu verteilen, um den Maximalwert der Belastung zu verringern, die am durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird. Somit muss der Krümmungsradius R2 des zweiten Kreisbogens 57 kleiner gemacht werden als der Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56. Es ist optimal, wenn der Krümmungsradius R2 des zweiten Kreisbogens 57 vorteilhafterweise einen Wert von 5 bis 50% des Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56 hat.
Der erste Kreisbogen 56 und der zweite Kreisbogen 57 sind miteinander in Verbindung. An dem Punkt Q ist der Gradient einer Tangente am ersten Kreisbogen 56 gleich dem Gradienten einer Tangente am zweiten Kreisbogen 57. Daher ändert sich am Punkt Q die Form des durchgehenden Abschnitts X1 gleichmäßig vom ersten Kreisbogen 56 in den zweiten Kreisbogen 57. Somit ist am Punkt Q der Anstieg des Formfaktors für den durchgehenden Abschnitt X1 unterdrückbar, was eine Unterdrückung des Belastungsanstiegs erlaubt.
Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Ausführungsform die am zweiten Kreisbogen 57 erzeugte Belastung erhöht, um eine Verteilung der Belastung zu ermöglichen, die an dem Abschnitt entsprechend dem ersten Kreisbogen 56 erzeugt wird. Im Ergebnis kann die im ersten Kreisbogen 56 erzeugte Belastung verringert werden. Damit kann der Maximalwert der Belastung, welche im durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird, mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials auf einen akzeptablen Wert verringert werden. Folglich ist es möglich, einen vorzeitigen Bruch der Hauptspindel 38 zu vermeiden.
Die 5 und 6 zeigen jeweils die Belastung der Verteilung, welche an einem „durchgehenden Abschnitt” einer anderen Form auftritt, so dass der Effekt der vorliegenden Erfindung beschreibbar wird. 5 zeigt die Verteilung einer Belastung, die an einem „durchgehenden Abschnitt” von Vergleichsbeispiel 1 auftritt (nachfolgend als durchgehender Abschnitt Z1 bezeichnet). 6 zeigt die Verteilung einer Belastung, die an einem „durchgehenden Abschnitt” in einem Vergleichsbeispiel 2 auftritt (nachfolgend als durchgehender Abschnitt Z2 bezeichnet). Die 5 und 6 sind Axialschnittansichten des durchgehenden Abschnitts Z1 bzw. des durchgehenden Abschnitts Z2. Die Formen des Spindelabschnitts 39 und des Stempelhalters 40 in Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 sind gleich den Formen von Spindelabschnitt 39 und Stempelhalter 40 bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme des durchgehenden Abschnitts Z1 und des durchgehenden Abschnitts Z2. Somit sind nur der durchgehende Abschnitt Z1 und der durchgehende Abschnitt Z2 mit neuen Bezugszeichen versehen. Der Spindelabschnitt 39 und der Stempelhalter 40 sind mit gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform versehen.
Im Vergleichsbeispiel 1 gemäß 5 ist die durchgehende Abschnitt Z1 gebildet aus einem einzelnen Kreisbogen 61 mit einem Krümmungsradius R3. Der Kreisbogen 61 grenzt sowohl an die äußere Umfangsoberfläche 44 als auch die Seitenfläche 49 an. Der Krümmungsradius R3 des Kreisbogens 61 beträgt 20 mm, was 40% der Durchmesserabmessung des Spindelabschnitts 39 entspricht. Um einen Vergleich zwischen der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt Z1 erzeugt wird, und der Belastung zu ermöglichen, die im durchgehenden Abschnitt X1 der ersten Ausführungsform erzeugt wird, sind die Größen der Bereiche, welche die „durchgehenden Abschnitte” bilden, einander äquivalent gemacht. Insbesondere ist eine axiale Abmessung L52 zwischen einem Punkt P2 und der Seitenfläche 49 gleich der axialen Abmessung L32 zwischen dem Punkt P1 und der Seitenfläche 49 der ersten Ausführungsform gemacht. Der Punkt P2 ist ein Punkt, wo der Kreisbogen 61 die äußere Umfangsoberfläche 44 schneidet.
Im Vergleichsbeispiel 1 ist die Belastung in einem Bereich in einem Abstand von annähernd einem Drittel von L52 vom Punkt P2 aus in Richtung Seitenfläche 49 in Axialrichtung höher (Belastungsbereich G1 in 5). Im Ergebnis kann der Maximalwert der im durchgehenden Abschnitt Z1 erzeugten Belastung die Ermüdungsfestigkeit des Materials übersteigen. Dies deshalb, als der Krümmungsradius R3 (20 mm) des Kreisbogens 61 im Vergleichsbeispiel 1 kleiner als der Krümmungsradius R1 (50 mm) des ersten Kreisbogens 56 der ersten Ausführungsform ist, was zu einer erheblichen Änderung der axialen Form und somit zu einem Anstieg des Formfaktors für den Spindelabschnitt 39 führt.
Im Vergleich zur Belastungsverteilung im Vergleichsbeispiel 1 ist die Belastungsverteilung, die im durchgehenden Abschnitt X1 der ersten Ausführungsform auftritt, in axialer Richtung im Wesentlichen gleichförmig und beinhaltet keine Belastungskonzentration in einem bestimmten Bereich. Damit ermöglicht die erste Ausführungsform, dass der Maximalwert der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird, mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials auf einen annehmbaren Wert verringert wird. Folglich ist es möglich, einen vorzeitigen Bruch der Hauptspindel 38 zu vermeiden.
Im Vergleichsbeispiel 2 gemäß 6 ist der durchgehende Abschnitt Z2 aus einem einzelnen Kreisbogen 62 gebildet. Der Krümmungsradius R4 des Kreisbogens 62 ist so groß wie der Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56 der ersten Ausführungsform (50 mm). Ein Punkt, wo der Kreisbogen 62 die äußere Umfangsoberfläche 44 schneidet, ist als Punkt P3 bezeichnet. Ein Punkt, wo der Kreisbogen 62 die Seitenfläche 49 schneidet, ist als Punkt T3 bezeichnet. Um einen Vergleich zwischen der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt Z2 erzeugt wird, und der Belastung zu ermöglichen, die im durchgehenden Abschnitt X1 der ersten Ausführungsform erzeugt wird, sind die Größen der Bereiche, welche die „durchgehenden Abschnitte” bilden, einander gleich gesetzt. Insbesondere ist eine axiale Abmessung L62 zwischen dem Punkt P3 und der Seitenfläche 49 gleich der axialen Abmessung L32 zwischen dem Punkt P1 und der Seitenfläche 49 bei der ersten Ausführungsform gesetzt.
Im Vergleichsbeispiel 2 ist die Belastungsverteilung, die im Kreisbogen 62 erzeugt wird, in axialer Richtung im Wesentlichen gleichförmig. Im Vergleichsbeispiel 2 hat der Kreisbogen 62, der durchgehend zu der äußeren Umfangsoberfläche 44 ist, einen großen Krümmungsradius R4, so dass sich die Oberflächenform allmählich ändert, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Dies kann einen Anstieg des Formfaktors unterdrücken, um die Belastungskonzentration am ersten Kreisbogen 56 zu verringern. Jedoch hat ein Abschnitt, wo der Kreisbogen 62 und die Seitenfläche 49 ineinander übergehen, eine sehr große Krümmung, was eine hohe Belastung nahe dem Punkt T3 bewirkt (Belastungsbereich G2 in 6). Folglich übersteigt der Maximalwert der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt Z2 erzeugt wird, die Ermüdungsfestigkeit des Materials, so dass ein vorzeitiger Bruch der Hauptspindel 38 nicht vermieden werden kann.
Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2 zeigt die erste Ausführungsform keine merkliche Belastungskonzentration am zweiten Kreisbogen 57 der ersten Ausführungsform. Im Ergebnis ist die am durchgehenden Abschnitt X1 erzeugte Belastung in axialer Richtung im Wesentlichen gleichförmig und der Maximalwert der Belastung, die im durchgehenden Abschnitt X1 erzeugt wird, kann mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials auf einen annehmbaren Wert verringert werden. Bei der ersten Ausführungsform beträgt der Krümmungsradius des zweitens Kreisbogens 57 5% oder mehr des ersten Kreisbogens 56.
7 zeigt die Belastungsverteilung eines durchgehenden Abschnitts X2 bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 7 ist eine Axialschnittansicht des durchgehenden Abschnitts X2 in der zweiten Ausführungsform. Der durchgehende Abschnitt X2 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom durchgehenden Abschnitt X1 der ersten Ausführungsform lediglich hinsichtlich der Größe des Krümmungsradius des zweiten Kreisbogens. Ein Krümmungsradius R6 eines zweiten Kreisbogens 64 beträgt bei der zweiten Ausführungsform 20 mm. Ein Krümmungsradius R5 eines ersten Kreisbogens 63 beträgt bei der zweiten Ausführungsform 50 mm. Die Größe des Krümmungsradius R6 beträgt 40% der Größe des Krümmungsradius R5.
Bei der zweiten Ausführungsform wird eine hohe Belastung an einem Abschnitt entsprechend dem zweiten Kreisbogen 64 erzeugt. Im Ergebnis wird eine Belastung, die im Abschnitt entsprechend dem ersten Kreisbogen 63 erzeugt wird, verteilt, um zu ermöglichen, dass der Maximalwert der im durchgehenden Abschnitt X2 erzeugten Belastung mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials auf einen akzeptablen Wert verringert werden kann.
Jedoch ist die im Abschnitt entsprechend dem ersten Kreisbogen 63 erzeugte Belastung etwas höher als die Belastung bei der ersten Ausführungsform. Dies deshalb, als der Krümmungsradius des zweiten Kreisbogens 64, der größer als der Krümmungsradius des zweitens Kreisbogens 57 bei der ersten Ausführungsform ist, dazu beiträgt, die Belastung zu verringern, die am Abschnitt entsprechend dem zweiten Kreisbogen 64 erzeugt wird, so dass der Effekt der Belastungsverteilung am ersten Kreisbogen 63 verringert wird.
Um somit die Belastung am ersten Kreisbogen 63 zu verteilen, ist es angezeigt, den Krümmungsradius R6 des zweiten Kreisbogens 64 auf 40% oder weniger des Krümmungsradius R1 des ersten Kreisbogens 56 zu setzen.
Wie oben beschrieben, bewirkt die Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, dass eine hohe Belastung, welche am zweiten Kreisbogen erzeugt wird, es ermöglicht, dass die am ersten Kreisbogen erzeugte Belastung verteilt wird. Im Ergebnis kann der Maximalwert der Belastung, welche im „durchgehenden Abschnitt” erzeugt wird, mit Blick auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials auf einen annehmbaren Wert verringert werden, was es ermöglicht, dass ein vorzeitiger Bruch der Hauptspindel vermieden wird. Somit erlaubt bei einer Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit, die beim Bördeln eines Wellenendes einer Nabenwelle verwendet wird, die Anwendung der vorliegenden Erfindung, dass ein vorzeitiger Bruch der Hauptspindel vermieden wird, welche an einem Spindelende hiervon einen Stempelhalter mit einem Durchmesser größer als der Durchmesser des Spindelabschnitts hat, so dass eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit mit verbesserter Haltbarkeit geschaffen wird.
Bei einer Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit zur Verwendung beim Bördeln eines Wellenendes einer Nabenwelle erlaubt die vorliegende Erfindung das Vermeiden eines vorzeitigen Bruchs einer Hauptspindel, welche an einem Spindelende hiervon einen Stempelhalter hat, der einen Durchmesser größer als der Durchmesser eines Spindelabschnitts hat, so dass eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit mit verbesserter Haltbarkeit geschaffen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-38005 A [0002]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit, welche, nachdem ein Innenringteil in eine Nabenwelle einer Nabeneinheit eingesetzt worden ist, bewirkt, dass ein Stempel einen Wellenendabschnitt der Nabenwelle kontaktiert, um den Wellenendabschnitt unter plastischer Verformung des Wellenendabschnitts zu verdrängen und zu erweitern, so dass das Innenringteil von der Nabenwelle gehalten wird, wobei die Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit aufweist: eine Hauptspindel, in welche der Stempel eingesetzt ist und welche aufweist: einen zylindrischen Spindelabschnitt; und einen Stempelhalter, der einteilig mit dem Spindelabschnitt ausgebildet ist und eine größeren Durchmesser als der Spindelabschnitt hat, wobei ein Axialschnitt eines durchgehenden Abschnitt, wo eine äußere Umfangsoberfläche des Spindelabschnitts an eine äußere Umfangsoberfläche des Stempelhalters angrenzt, aus einem ersten Kreisbogen, der an die äußere Umfangsoberfläche des Spindelabschnitts angrenzt, und einem zweiten Kreisbogen gebildet ist, der an die äußere Umfangsoberfläche des Stempelhalters angrenzt, der erste Kreisbogen und der zweite Kreisbogen in Kontakt miteinander sind, und der zweite Kreisbogen hinsichtlich des Krümmungsradius kleiner als der erste Kreisbogen ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit nach Anspruch 1, wobei der Krümmungsradius des ersten Kreisbogens 50% oder mehr und 200% oder weniger des Durchmessers des Spindelabschnitts beträgt.
Vorrichtung zur Herstellung einer Nabeneinheit nach Anspruch 1, wobei der Krümmungsradius des zweiten Kreisbogens 5% oder mehr und 40% oder weniger des Krümmungsradius des ersten Kreisbogens beträgt.