JP2006528326A

JP2006528326A - 軸受レース及び車輪軸受装置

Info

Publication number: JP2006528326A
Application number: JP2006522210A
Authority: JP
Inventors: ペーテルニープリング，; ハインリヒホフマン，; ダリウスドウルガイ，; イエンスハイム，; ローランドランゲル，; ホルストデツプリング，; ヴオルフガングシユタインベルゲル，
Original assignee: FAG Kugelfischer AG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-12-14
Also published as: CN1856658A; CA2534817A1; EP1644648A1; US7465102B2; WO2005008085A1; DE10331180A1; US20060171624A1; EP1644648B1; BRPI0412500A; KR20060032199A; CN100545471C

Abstract

冷間成形される軸受レース（２）及び軸受レース（２）を持つ車輪軸受装置（１）が提供され、軸受レース（２）に半径方向環状溝（１６）が形成されている。

Description

本発明は、冷間変形される板から一体に形成されるラジアル軸受装置の軸受レース、及びこのような軸受レースを持つ車輪軸受装置に関する。

米国特許第３，７５７，８８３号明細書は、内軸受レース及び外軸受レースが板から冷間成形される車輪軸受装置を示している。軸受レースは、車輪軸受装置の回転軸線の周りに中空円筒状に形成され、転動体用のそれぞれ２つの転動路を持っている。外軸受レースは、転動路から遠い方の側に、半径方向外方へ向くフランジを持ち、このフランジにより車輪軸受が車両側に固定されている。内軸受レースは、同様に外方へ向く接続フランジを備え、制動円板及び内軸受レースを介して駆動される車両の車輪が、この接続フランジに取付けられている。転動路は半径方向に少なくとも部分的にくぼめられてそれぞれの軸受レースに形成され、肩部により互いに分離されている。転動路から半径方向外方へ突出する肩部に、２列アンギュラコンタクト玉軸受の転動路が終わっている。

板から屑なしに製造される軸受レースは非常に頑丈に構成されている。これは、車両のばね下質量の全体平衡に対して不利な影響を及ぼす。肉厚のため軸受レースは更に比較的剛いので、軸受レースの事情によっては望ましい弾性収縮が排除されている。このような軸受装置は、軸受レースの高い剛性のため、遊びなしに予荷重をかけるのに極めて困難である。

従って本発明の課題は、車輪軸受装置への軸受レースの取付けにより、前記の欠点が回避される、車輪軸受装置用軸受レースを提供することである。

この課題は請求項１の対象により解決される。車輪軸受装置の軸受レースは、変形される板から一体に形成されている。従ってすべての成形素子を持つ軸受レースの構造は変形のみによって作られている。分離及び切削加工は、屑なし加工の量に比例して非常に僅かな量のみに限定されている。即ち分離又は穴あけにより過剰な材料即ち縁、ばり等が成形部品から除去されるだけである。場合によっては転動路のみが、研削、ラップ仕上げ又は研磨のような精密加工により屑を出しながら追加加工される。冷間変形という概念はすべての変形方法を意味し、中空軸受レースの輪郭が、原材料の伸ばし又は圧縮、拡張又は収縮及び塑性変形により材料分離なしに製造可能である。このような方法は例えば絞り、深絞り、ローリング、プレス及び前記方法の組合わせである。

本発明による軸受レースを製造するための素材として、例えば管及び板が考慮されている。管から成る素材は、完成した軸受レースへの拡張、ローリング、収縮、圧縮及び縁の折返しによって加工される。本発明により板から製造される軸受レースは、絞り及び前記方法のそれ以外の個々又は組合わせにより製造される。好ましい材料は冷間変形可能な１００Ｃｒ６又はすべての適当な深絞り鋼のような軸受材料である。

軸受レースは冷間変形により形成される次の成形素子を持っている。
車輪軸受装置の回転軸線の周りに中空円筒状に形成される基本体。
少なくとも２つの転動体用転動路。
軸受レースから回転軸線に対し半径方向に出る少なくとも１つのフランジ。このフランジは軸受レースの板と一体に形成されている。
縁。この縁は軸線方向に転動路の間で回転軸線の周りに延びている。縁も同様に軸受レースの材料から一体に形成され、回転軸線に対して半径方向に回転軸線の方へ又はこれから遠ざかるように転動路の間に突出している。
環状溝。この環状溝は、転動路から遠い方にある軸受レースの周囲側で半径方向へ縁に続いている。環状溝は、縁と同じ向きに、半径方向に内側から外側へ軸受レースにくぼまされるか、又は半径方向に外側から内側へ軸受レースにくぼまされて、形成されている。

このように形成される軸受レースは、荷重軽減切欠きとして作用する環状溝のため、転動体の荷重方向に弾性的であり、屑なし製造から成る材料の制御される構造のため、最大に荷重をかけることができる。更に軸受レースは僅かな重量の点ですぐれている。原材料の厚さはなるべく２．４〜５ｍｍの範囲にある。軸受レースは選択的に外軸受レース又は内軸受レースとして形成されているが、この発明では外軸受レースが優先されている。

軸受レースのそれ以外の構成は、以下に図面の詳細な説明の所で詳細に説明されている。

本発明により、少なくとも１つの本発明による軸受レースを持つ車輪軸受装置が設けられている。車輪軸受装置はなるべくＯ配置の２列アンギュラコンタクトラジアル玉軸受を持っている。本発明による車輪軸受装置は、少なくとも本発明による軸受レース、軸受レースに対して同心的に設けられる支持環、及び支持環と軸受レースとの間に設けられる転動体の列により形成されている。転動体は玉である。軸受レース及び支持環は、玉用のそれぞれ２つの転動路を持っている。その代わりに車輪軸受装置は、１つの転動路を持つ支持環を受入れかつ別の転動路を直接形成するフランジ環を備えている。

本発明のそれ以外の構成及び本発明の実施形態が、以下に詳細に説明される。

図４は、駆動されかつかじ取りされる車輪用の本発明による軸受レース２を持つ車輪軸受装置１を示している。本発明による軸受レース又は車輪軸受装置は、その代わりに駆動されずかつ／又はかじ取りされない車輪のためにも考慮されている。車輪軸受装置１は、更にフランジ環３、支持環４、玉の形の２列の転動体５及び密封片６及び７を持っている。各列の転動体５はそれぞれ保持器８により保持されかつ案内されている。

車輪軸受装置１は、外レースとして構成される軸受レース２により穴９に固定されている。そのため軸受レース２は穴９へ圧入され、半径方向に弾性的に収縮されて、車輪軸受装置１が予荷重をかけられるようになっている。転動体５は、１つの方向へ軸受レース２の転動路１０及び１１の内周に支持され、他の方向に転動路１２及び１３に支持されている。転動路１２は支持環４に形成されている。転動路１３はフランジ環３に設けられている。転動路１１と１２又は１０と１３は、車輪軸受装置１の回転軸線１ａの方向に互いにずれて設けられ、少なくとも転動体５の列の間で軸受レース２から半径方向に突出する縁２ａの少なくとも一部に形成されている。

転動体５の列はいわゆるＯ配置で設けられている。このＯ配置では、接触線Ａとそれぞれの列の回転軸線１ａとの交点が、軸線方向に互いに離れている。このような配置に対して、圧力角αは２０〜４５°の範囲に設けられている（図３，図４）。ここで圧力角αは、転動体５と転動路１０及び１１又は１１及び１２との両方の接触点Ｂ及びＣの間の結合線Ａが仮想半径面Ｒ”となす角である。これに対してなお注意すべきことは、転動体５がそれぞれの転動路１０，１１又は１２，１３に点状に支持されるのではなく、少なくとも荷重を受けて転動路１０，１１，１２又は１３へぴったり合うことである。従って転動路１０，１１，１２又は１３は、転動体５の玉半径Ｋより僅かだけ大きい溝半径Ｒを持っている。専門家の世界で「接触」と称される溝半径Ｒと玉半径Ｋとの比は、なるべく外レースこの場合軸受レース２にある転動路１０及び１１に対して１．０５５：１であり、この場合支持環４又はフランジ環３にある内側転動路１２及び１３に対して１．０３５：１である。従って接触点Ｂ及びＣは、接触の際、「接触線」という概念でも周知の結合線Ａにより突き抜けられる転動体と転動路との接触面の中心点である。

フランジ環３は、回転軸線１ａの周りに、車両に固定した軸受レース２に対して回転可能に設けられ、支持環４を連行する。支持環４は、この支持環４に当接するフランジ環の曲げ縁３ａにより、少なくとも軸線方向にフランジ環３上に固定されている。フランジ環３から半径方向に接続フランジ３ｂが突出し、通常制御円板及び車輪のリムがこの接続フランジに取付けられている。フランジ環３が駆動され、そのために内周にセレーション１４を持ち、ここでは詳述しないが駆動される駆動素子１５がこのセレーションへはまり合いで係合している。

軸受レース２は半径方向外側に環状溝１６を備えている（図３参照）。環状溝１６は半径方向外側で縁２ａに続いている。本発明により、環状溝１６が半径方向に縁２ａの中まで延び、しかも部分的に半径方向に転動体５の列の間まで延びるような構成も考慮されている。軸受レース２は、環状溝１６のため、結合線Ａの推移により特徴づけられる支持方向へ、弾性的に自由に動くことができる。軸受レース２の材料は、荷重を受けて転動路１０及び１１の範囲で環状溝１６の方へ弾性変形する。なぜならば、この個所で軸受レース２は、環状溝１６のため、軸受レース２の受入れ部内で半径方向に支持されないからである。これは、取付けの際車輪軸受装置１に弾性予荷重をかける場合及び車両運転中の車輪軸受装置１に対して有利である。なぜならば、転がり接触の際短時間の瞬間的な応力ピークによる過負荷が回避されるからである。

環状溝１６は、縁２ａの方へ回転軸線の方向に軸受レース２の収縮によって、軸受２に形成される。縁２ａは、環状溝１６の半径方向に最も深い点Ｐ（図３）から始まって、原材料の壁厚より半径方向に厚く、縁２ａは、フランジ１８とは半径方向逆向きに内方へ、回転軸線１ａの方へ向いている。縁２ａの内周には、半径方向へ向く円筒状周面１７が形成されている。縁２ａは、側面が各転動面１０又は１１用の肩部であり、回転軸線の方へ転動路を越えて軸受レース２から半径方向に突出している。軸受レース２の壁厚は、環状溝１６とそれぞれの転動路１０又は１１との間の最も厚い個所で、原材料の壁厚と少なくとも同じ厚さである。更に軸受レース２は、原材料の壁厚（図３）より小さい壁厚を持つ中空円筒状部分２０を持っている。

軸受レース２から半径方向外方へ、軸受レース２と一体に形成されるフランジ１８が出ている。フランジ１８には、周囲に均一に互いに離れている貫通孔１８ａが設けられ（図１及び２）図４に示すようにそれぞれ１つのピン１９がこの貫通孔を貫通している。ピン１９により軸受レース２が、周方向に微小運動しないようにかつ軸線方向に穴９から移動しないように確保されている。ピン１９は、圧力ばめにより又はねじにより、車輪軸受装置１の周囲構造に対して固定している。フランジ１８は原材料の厚さＨを持っている。原材料の厚さ又は壁厚は、軸受の製造のために使用される素材に応じて定められ、「厚さ」という共通な概念にまとめられている。素材として板又は管が考慮されている。「厚さ」という概念は原材料としての板に対応し、「壁厚」という概念は管に対応している。

図５には軸受レース２１の別の実施例が示されている。軸受レース２１はフランジ２２と一体に形成されている。軸受レース２１は周囲に転動路１０及び１１を持っている。転動路１０及び１１は一部縁２３に形成されている。従って縁２３は、両側に転動体５を支持するための肩部をそれぞれ備えている。縁２３は回転軸線２１ａの方に半径方向内方へ突出し、回転軸線２１ａの方へ向く円筒状周面２３ａを持っている。縁２３には半径方向外方へ環状溝２６が続いている。軸受レース２１は、軸線方向両側に、転動路１０又は転動路１１に軸線方向に続く中空円筒状部分２４又は２５へ移行している。中空円筒状部分２４又は２５の半径方向最大壁厚ｔは、環状溝２６にある半径方向に最も深い点Ｐ_１と円筒状周面２３ａとの最小半径方向間隔Ｔより小さい。

転動路１０及び１１を通って延びる接触線Ａは、環状溝の軸線方向中心を通って延びる面Ｒ”を貫通し、それと面Ｒ”とで圧力角αをなしている。接触線Ａと同じ向きにおける縁２３の最小壁厚Ｔ_１は、転動路１０及び１１の範囲において、中空円筒状部分２４及び２５の半径方向最大壁厚ｔより大きい。接触線Ａは、環状溝２６において軸受レース２１から外方へ出ている。

中空円筒状部分２４は、稜丸め部２７を経てフランジ２２へ移行している（図７）。平面２８は、フランジ２２から軸線方向に突出する突起２９により半径方向外方を環状に区画されている。突起２９は、半径方向において平面２８とフランジ２２に設けられる３つのフランジ穴３０との間に延びている。フランジ穴３０は、少なくとも１つの別の平面３１から始まる貫通孔である。図６に示すように、平面３１は平面２８と同じ面にあるか、又はこれに対して平行に異なる面に延びている。貫通孔は、平面３１への移行部に面取り部３２をそれぞれ備えている。

本発明による軸受レースの全体図を示す。図１による軸受レースを正面図で示す。図１による軸受レースを図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う縦断面図で示す。車両側で少なくとも相対回転しない本発明による車軸軸受装置の縦断面図を示す。本発明による軸受レースの別の実施例を縦断面図で示す。図５による軸受レースの細部Ｘを拡大して示す。図５による軸受レースの細部Ｙを拡大して示す。

符号の説明

１車輪軸受装置２２フランジ
１ａ回転軸線２３縁
２軸受レース２３ａ周面
２ａ縁２４部分
３フランジ環２５部分
３ａ曲げ縁２６環状溝
３ｂ接続フランジ２７稜丸め部
４支持環２８平面
５転動体２９突起
６密封片３０フランジ穴
７密封片３１平面
８保持器３２面取り部
９穴
１０転動路
１１転動路
１２転動路
１３転動路
１４セレーション
１５駆動素子
１６環状溝
１７周面
１８フランジ
１８ａ貫通孔
１９ピン
２０部分
２１軸受レース
２１ａ回転軸線

Claims

一体に冷間変形されている車輪軸受装置の軸受レース（２，２１）が、
回転軸受装置（１）の回転軸線（１ａ，２１ａ）の周りに中空円筒状に形成され、
転動体（５）用の少なくとも２つの転動路（１０，１１）を持ち、
回転軸線（１ａ，２１ａ）に対し半径方向に出る少なくとも１つのフランジ（１５，２２）を備え、
縁（２ａ，２３）を持ち、この縁（２ａ，２３）が、軸線方向において転動路（１０，１１）の間で回転軸線（１ａ，２１ａ）の周りに延び、かつ転動路（１０，１１）の間で軸受レース（２，２１）から半径方向に突出し、
環状溝（１６，２６）を持ち、この環状溝（１６，２６）が、軸受レース（２，２１）の転動路（１０，１１）から遠い方の周囲側で、半径方向に縁（２ａ，２３）に続いており、環状溝（１６，２６）が、縁（２ａ，２３）と半径方向に同じ向きで、少なくとも部分的に半径方向に軸受レース（２，２１）中へ延びている
軸受レース。
軸受レースが半径方向内方に回転軸線（１ａ，２１ａ）の方へ縁（２ａ，２３）となるように収縮されている、請求項１に記載の軸受レース。
縁（２ａ，２３）が、環状溝（１６，２６）において半径方向に最も深い点から始まって、均一な厚さの原材料より半径方向に厚い、請求項１に記載の軸受レース。
軸受レースが、縁（２ａ，２３）の両側で軸線方向に中空円筒状部分（２０，２４，２５）へ移行し、縁（２ａ，２３）の両側でそれぞれ１つの中空円筒状部分（２４，２５）が、それぞれ１つの転動路（１０，１１）に続いている、請求項１に記載の軸受レース。
縁（２ａ，２３）が、環状溝（１６，２６）において半径方向に最も深い所から始まって、中空円筒状部分（２０，２４，２５）の半径方向最大壁厚より半径方向に厚い、請求項４に記載の軸受レース。
縁（２ａ，２３）が、転動路（１０，１１）の間で、半径方向に向く円筒状周面（１７，２３ａ）を持っている、請求項１に記載の軸受レース。
軸受レースが、縁（２ａ，２３）の両側で軸線方向に中空円筒状部分（２０，２４，２５）へ移行し、縁（２ａ，２３）の両側でそれぞれ１つの中空円筒状部分（２４，２５）がそれぞれ１つの転動路（１０，１１）へ続き、中空円筒状部分（２０，２４，２５）の半径方向最大壁厚が、円筒状周面（１７，２３ａ）と環状溝（１６，２６）の半径方向に最も深い点との間の最小半径方向間隔より小さいことを特徴とする、請求項６に記載の軸受レース。
縁（２ａ，２３）が各転動路（１０，１１）用のそれぞれ１つの肩部を持っている、請求項１に記載の軸受レース。
転動路（１０，１１）が少なくとも部分的に縁（２ａ，２３）に形成されている、請求項８に記載の軸受レース。
縁（２ａ，２３）が、半径方向に転動路（１０，１１）を越えて軸受レース（２，２１）から突出している、請求項８に記載の軸受レース。
軸受レースが転動路（１０，１１）を通って延びる仮想接触線（１０，１１）を持ち、これらの接触線が、回転軸線（１ａ，２１ａ）によって直角に貫通される仮想面を少なくとも一部貫通し、接触線がこの面に対し鋭角をなして傾斜し、この面が環状溝（１６，２６）を通って延びている、請求項１０に記載の軸受レース。
軸受レースが、縁の軸線方向両側で中空円筒状部分（２０，２４，２５）へ移行し、縁（２ａ，２３）の両側でそれぞれ１つの中空円筒状部分（２４，２５）がそれぞれ１つの転動路（１０，１１）に続き、接触線の方向を持つ縁（２ａ，２３）の最小壁厚が、中空円筒状部分（２４，２５）の半径方向最大壁厚より厚い、請求項１１に記載の軸受レース。
接触線が環状溝（１６，２６）を貫通している、請求項１０又は１２に記載の軸受レース。
軸受レースが、環状溝（１６，２６）と少なくとも１つの転動路（１０，１１）との間の最も厚い個所で、均一な厚さの原材料と同じ厚さである、請求項１又は８に記載の軸受レース。
軸受レースが、少なくとも１つの中空円筒状部分（２４，２５）に、均一な厚さの原材料より小さい半径方向壁厚を持っている、請求項１又は８に記載の軸受レース。
軸受レースが半径方向に軸受レース（２，２１）と一体に形成されて半径方向外方へ曲げられるフランジ（１８，２２）を持ち、このフランジ（１８，２２）が回転軸線（１ａ，２１ａ）の周りに分布して設けられるフランジ穴（１８ａ，３０）を備えている、請求項１に記載の軸受レース。
フランジ（２２）が、円環状平面（２８）、及びフランジ（２２）の平面（２８）から軸線方向に突出しかつ回転軸線（１ａ，２１ａ）の周りに循環する突起（２９）を持っている、請求項１６に記載の軸受レース。
突起（２９）が、半径方向において平面（２８）とフランジ穴（３０）との間に延びていることを特徴とする、請求項１７に記載の軸受レース。
２列の転動体（５）を持ち、それぞれ１つの列が転動路（１０，１１）と転がり接触し、ラジアル軸受装置（１）が更に少なくとも１つの支持環（４）を持ち、この支持環（４）が軸受レース（２）に対して同心的に設けられ、少なくとも１列の転動体（５）と転がり接触していることを特徴とする、請求項１に記載の軸受レース（２）を持つ車輪軸受装置。
フランジ環（３）を持ち、このフランジ環上に支持環（４）が同心的にはまり、フランジ環（３）が、フランジ（１８）に対して軸線方向に離れかつフランジ（１８）と同じ向きに半径方向へ向く接続フランジ（３ｂ）を持っている、請求項１９に記載の車輪軸受装置。
ラジアル軸受装置が、フランジ環（３）に、転動路（１０，１１）とは別に転動体（５）の列と転がり接触するための転動路を持っていることを特徴とする、請求項２０に記載の車輪軸受装置。
フランジ環（３）から常温で曲げられて軸線方向に支持環（４）に当接する曲げ縁（３ａ）により、支持環（４）がフランジ環（３）上に軸線方向に保持されていることを特徴とする、請求項２１に記載の車輪軸受装置。
ラジアル軸受装置が、少なくとも弾性的に変形される軸受レース（２）により遊びなしであることを特徴とする、請求項１９に記載の車輪軸受装置。
フランジ（１８）が少なくとも１つの軸線方向貫通孔（１８ａ）を持ち、この貫通孔（１８ａ）をピン（１９）が軸線方向に貫通し、軸受レース（２）がピン（１９）により軸線方向にかつ回転軸線（１ａ）に対して相対回転しないように固定されている、請求項２３に記載の車輪軸受装置。