JP2007186029A

JP2007186029A - 車輪用転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2007186029A
Application number: JP2006004706A
Authority: JP
Inventors: Shuji Nagata; 修二永田; Masaru Deguchi; 勝出口; Seiji Yamamoto; 誠司山本; Takaaki Onizuka; 高晃鬼塚
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】フランジに必要な剛性を維持しつつ最大限の軽量化を図ることができる車輪用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】内方部材１と、この内方部材１の外周に転動体２を介して配設された外方部材３と、前記内方部材１又は外方部材３の外周面に形成された車輪取付用フランジ４とを備えた車輪用転がり軸受装置。前記車輪取付用フランジ４の外形が、当該フランジの周縁部のうち、前記軸受装置の軸剛性寄与が小さい部分を取り除いた形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は車輪用転がり軸受装置に関する。さらに詳しくは、車輪取付用フランジの外形を改良することで軽量化が達成された車輪用転がり軸受装置に関する。

自動車の車輪は、車輪用転がり軸受装置によって懸架装置に支持されているが、前記車輪は軸受装置を構成する外方部材又は内方部材の外周面に形成された車輪取付用フランジにボルトで取り付けられる。このフランジの外形は一般に円形であるが、重量が大きくなるため、近年の軽量化の要請にしたがい、図８に示されるようにボルト孔３０間を大きくカットしたフランジ３１が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５７−１０１１２４号公報

しかしながら、カットする量を大きくしすぎると、フランジ３１の剛性が低下し、操縦安定性が悪化するという問題がある。
本発明は、かかる事情に鑑み、フランジに必要な剛性を維持しつつ最大限の軽量化を図ることができる車輪用転がり軸受装置を提供することを目的としている。

本発明の車輪用転がり軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）は、内方部材と、この内方部材の外周に転動体を介して配設された外方部材と、前記内方部材又は外方部材の外周面に形成された車輪取付用フランジとを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記車輪取付用フランジの外形が、当該フランジの周縁部のうち、前記軸受装置の軸剛性寄与が小さい部分を取り除いた形状であることを特徴としている。

本発明の軸受装置の車輪取付用フランジは、構造力学上応力を負担しない部分、すなわち当該軸受に荷重が作用したときに、軸剛性寄与が小さい部分を取り除いた形状としている。そして、設計上必要な剛度を満たす寸法（幅、厚さ等の諸寸法のこと）を確保しつつ最低限必要な外形としているので、操縦安定性等に影響を与えることなく軽量化を達成することができる。

また、内方部材と、この内方部材の外周に転動体を介して配設された外方部材と、前記内方部材又は外方部材の外周面に形成された車輪取付用フランジとを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記車輪取付用フランジの周縁部には、周方向に沿って所定の間隔で４〜６個のボルト孔が形成されており、且つ
前記車輪取付用フランジの外形のうち、隣接するボルト孔間の形状が、当該隣接するボルト孔のそれぞれの中心を結ぶ線よりも外側に位置する直線又は曲線で構成されていることを特徴としている。

この軸受装置の車輪取付用フランジは、構造力学上応力を負担しない部分、すなわち当該軸受に荷重が作用したときに、軸剛性寄与が小さい部分をほぼ取り除いた形状としている。そして、設計上必要な剛度を満たす寸法（幅、厚さ等の諸寸法のこと）を確保しつつ最低限必要な外形としているので、操縦安定性等に影響を与えることなく軽量化を達成することができる

本発明の軸受装置によれば、フランジに必要な剛性を維持しつつ最大限の軽量化を図ることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の軸受装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る軸受装置の正面説明図であり、図２は図1に示される軸受装置のＩ―Ｉ線断面図である。図１〜２に示される軸受装置は、従来より知られている構成を有しており、内方部材１と、この内方部材１の外周に転動体２を介して配設された外方部材３と、前記内方部材１の外周面に形成された車輪取付用フランジ４とを備えている。より詳細には、ハブ輪５と、このハブ輪５の端部外径に嵌合された別体の内輪構成部材６とからなる内方部材１は内輪を構成しており、当該ハブ輪５及び内輪構成部材６のそれぞれの外周には断面円弧状の軌道面７が形成されている。また、前記内方部材１の外径側において当該内方部材１と同心に配置されるとともに外輪を構成する外方部材３の内周面には、前記軌道面７に対向する断面円弧状の軌道面８が形成されている。そして、前記複列の軌道面７、８間にボールからなる転動体２が介在している。

また、内方部材１を構成するハブ輪５の外周には車輪取付用フランジ４が形成されるとともに、外方部材３の外周には車体取付用フランジ９が形成されている。なお、１０及び１１は、それぞれ転動体２を所定間隔で保持するための保持器、及び外方部材２と内方部材１との間の環状空間を密封するためのシールである。また、１２は、車輪取付用フランジ４をホイール等の車輪側部材に取り付けるためのボルトであり、１３は、鉄等の金属をプレス成形することで作製された有底短円筒形状のカバーであり、このカバー１３は外方部材３の端部内周面に嵌め込まれている。なお、本実施の形態では、内方部材１の外周に車輪取付用フランジ４が形成されているが、この車輪取付用フランジ４は外方部材３の外周に形成することもでき、本発明において、その形成箇所は特に限定されるものではない。

本発明の軸受装置の特徴は、フランジに必要とされる剛度を低下させることなく前記車輪取付用フランジ４の外周部分を極力取り除いたことである。具体的には、当該フランジ４の周縁部のうち、前記軸受装置の軸剛性寄与が小さい部分を取り除いて軽量化を図っている。

図３〜４は本発明の軸受装置における車輪取付用フランジの外形決定方法を説明する図であり、図３は軸受装置の内方部材を車体側から見た図、図４は図３のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面図である。この例では、４個のボルト孔１４が車輪取付用フランジ４の周縁部において、周方向に沿って所定の間隔で形成されているが、ボルト孔１４の数は４個に限定されるものではなく、５個又は６個であってもよい。本実施の形態では、まず解析対象、すなわち車輪取付用フランジ４を含む内方部材１の一端部を、自動有限要素作成機能を有するソフトウェアを用いて有限要素のモデル化を行う。つぎに、このモデルを、有限要素モデルの外形形状を設計変数とし、ある目的に対し形状を最適化する機能を有する構造最適化ソフトウェアに転送し、形状の最適化を行う。

解析条件設定後に計算を実行すると、初期形状にて設計目的（ここでは、剛性を維持して体積を最小化する）に対する形状変化の感度解析が行われ、形状変動可能領域内における有限要素モデルの節点が、得られた感度に比例する量で移動される。このような計算過程を計算が収束する（設計感度≒０となる）まで繰り返すことで、最適化されたフランジ形状を得ることができる。かかるフランジの外形は、隣接するボルト孔間の形状が、当該隣接するボルト孔のそれぞれの中心を結ぶ線（図１における一点鎖線参照）よりも外側に位置する直線、又は曲線（例えば、半径２００ｍｍ程度以上の円弧）で構成されている。

つぎに前述した方法を簡略化したモデルに基づき当該方法の原理について説明する。
図５は、本発明の軸受装置における車輪取付用フランジの外形決定方法の原理説明図であって、軸受装置の内方部材モデルを車体側から見た図、図６は図５に示される内方部材モデルのＶ―Ｖ線断面図である。図５〜６では、中実の円柱状ハブ輪１５の一端に車輪取付用フランジ１６が形成されているものとし、このフランジの外形がオリジナルの円形である場合（ケースＸ。図５における破線参照）、隣接するボルト中心間を結ぶ線Ｓを外側に５ｍｍオフセットした線及びボルト孔の中心とハブ輪１５の軸芯とを結ぶ線の両側１５ｍｍの線Ｗにより画定される場合（ケースＹ）、並びに隣接するボルト中心間を結ぶ線Ｓを内側に５ｍｍオフセットした線及びボルト孔の中心とハブ輪１５の軸芯とを結ぶ線の両側１５ｍｍの線Ｗにより画定される場合（ケースＺ）について、それぞれモデルの質量と変位との関係を調べている。フランジの端面１６ａから３６ｍｍの位置にあるハブ輪１５の外周面にラジアル荷重Ｌを作用させたときの、前記フランジ１６の端面１６ａと反対側のハブ輪１５の端面中心Ｃの変位を有限要素法を用いて解析した。また、参考のために、外形は変化させずに、フランジ厚さだけを変化させた場合におけるモデルの質量と変位との関係についても解析した。結果を表１〜２及び図７に示す。

図７より、変位を増加させることなくフランジの外形を小さくして、当該フランジを含む部材の軽量化が達成できることが分かる。

本発明の軸受装置の一実施の形態の正面説明図である。図1に示される軸受装置のＩ―Ｉ線断面図である。本発明の軸受装置における車輪取付用フランジの外形決定方法の説明図であって、軸受装置の内方部材を車体側から見た図である。図３に示される内方部材のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面図である。本発明の軸受装置における車輪取付用フランジの外形決定方法の原理説明図であって、軸受装置の内方部材モデルを車体側から見た図である。図５に示される内方部材モデルのＶ―Ｖ線断面図である。図５〜６に示される内方部材モデルにおける車輪取付用フランジの質量と軸中心の変位との関係を示す図である。従来の軸受装置の正面説明図である。

符号の説明

１内方部材
２転動体
３外方部材
４車輪取付用フランジ

Claims

内方部材と、この内方部材の外周に転動体を介して配設された外方部材と、前記内方部材又は外方部材の外周面に形成された車輪取付用フランジとを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記車輪取付用フランジの外形が、当該フランジの周縁部のうち、前記軸受装置の軸剛性寄与が小さい部分を取り除いた形状であることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
内方部材と、この内方部材の外周に転動体を介して配設された外方部材と、前記内方部材又は外方部材の外周面に形成された車輪取付用フランジとを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記車輪取付用フランジの周縁部には、周方向に沿って所定の間隔で４〜６個のボルト孔が形成されており、且つ
前記車輪取付用フランジの外形のうち、隣接するボルト孔間の形状が、当該隣接するボルト孔のそれぞれの中心を結ぶ線よりも外側に位置する直線又は曲線で構成されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。