JP2008008374A - Wheel bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に軽量化と高剛性化を図った車輪用軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a wheel bearing device that rotatably supports a wheel of an automobile or the like, and more particularly to a wheel bearing device that is reduced in weight and increased in rigidity.
自動車の車輪を支持する車輪用軸受装置は、懸架装置を構成するナックルと、車輪を取り付けるハブとの間に配設される。この車輪用軸受装置は、複列の軌道面を有する軸受からなる車輪用軸受を嵌合させた「第一世代」と称される構造や、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された「第二世代」構造、また、ハブの外周に一方の内側軌道面が直接形成されてなるハブ輪を有する「第三世代」構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側軌道面が直接形成された「第四世代」構造とに大別される。 A wheel bearing device for supporting a wheel of an automobile is disposed between a knuckle constituting a suspension device and a hub to which the wheel is attached. This wheel bearing device has a structure called “first generation” in which wheel bearings composed of bearings having double-row raceway surfaces are fitted, or a vehicle body mounting flange or wheel mounting directly on the outer periphery of an outer member. A “second generation” structure with a flange, a “third generation” structure having a hub ring in which one inner raceway surface is directly formed on the outer periphery of the hub, or a hub ring and a constant velocity universal joint It is roughly classified into a “fourth generation” structure in which the inner raceway surface is directly formed on the outer periphery of the outer joint member.
乗用車など比較的軽量な車両には、軸受の転動体が鋼球(ボール)である複列アンギュラ玉軸受が使われる。図10は複列のボール29を使用した「第二世代」構造の車輪用軸受装置である。同図で30はハブ輪、31は外方部材、32は一対の内輪である。また図11は複列のボール29を使用した「第三世代」構造の車輪用軸受装置である。この軸受装置では内輪33はインナー側に1つだけであり、アウター側の軌道面34はハブ輪35に直接形成される。
For relatively lightweight vehicles such as passenger cars, double-row angular contact ball bearings in which the rolling elements of the bearings are steel balls are used. FIG. 10 shows a wheel bearing device having a “second generation” structure using double-
大型のSUV車(スポーツ多目的車)やトラックでは、転動体が円すいころである複列円すいころ軸受が使われることが多い。図12は円すいころ軸受を左右一対で使用した「第二世代」構造の車輪用軸受装置の一例である。同図で40はハブ輪、41はナックルに取り付けられる外方部材、41aは複列の外側円すい状軌道面、42は左右一対の内方部材、42aは内側円すい状軌道面、43は複列の円すいころ、44は保持器である。円すいころ43は図13および図14のように保持器44のポケットP内に収容される。従来の保持器44では図14のようにポケットPの窓押し角θ2が通常25°〜50°に設定される。ここで「窓押し角」とは、一つのころの周面に当接する保持器柱部の案内面のなす角度をいう。
In large SUV vehicles (sports multipurpose vehicles) and trucks, double-row tapered roller bearings whose rolling elements are tapered rollers are often used. FIG. 12 shows an example of a “second generation” structure wheel bearing device using a pair of tapered roller bearings on the left and right. In the figure, 40 is a hub wheel, 41 is an outer member attached to a knuckle, 41a is a double row outer conical raceway surface, 42 is a pair of left and right inner members, 42a is an inner conical raceway surface, and 43 is a double row. The
最近は環境への影響低減のため、自動車の低燃費化、その達成のための自動車の軽量化が要求されている。車輪用軸受においても軽量化が求められており、自動車の車重を以前より小型軽量の軸受で支えることが要求されている。言い換えると、以前のサイズの軸受でより大きな車重を支えることが要求されている。 Recently, in order to reduce the impact on the environment, it has been required to reduce the fuel consumption of automobiles and to reduce the weight of automobiles to achieve this. Wheel bearings are also required to be reduced in weight, and it is required to support the weight of automobiles with smaller and lighter bearings than before. In other words, it is required to support a larger vehicle weight with the bearing of the previous size.
しかし、車両に対して相対的に軸受を小型化することで、1)軸受の転がり寿命の低下、2)軸受剛性の低下につながる。この2つの課題に対しては最大面圧低減が有効な解決策である。最大面圧低減のためには、軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ直径を減少させずにころ本数を増大させる。ころ直径を減少させずにころ本数を増大させるためには、保持器のポケット間隔を狭くしなければならないが、そのためは保持器のピッチ円を大きくして外方部材側にできるだけ寄せる必要がある。 However, reducing the size of the bearing relative to the vehicle leads to 1) a reduction in the rolling life of the bearing and 2) a reduction in bearing rigidity. The reduction of maximum surface pressure is an effective solution to these two problems. In order to reduce the maximum surface pressure, the number of rollers is increased without reducing the roller diameter of the bearing, if the bearing size is changed or the bearing size is not changed. In order to increase the number of rollers without reducing the roller diameter, the pocket interval of the cage must be narrowed. For this purpose, it is necessary to increase the pitch circle of the cage and bring it closer to the outer member side as much as possible. .
保持器44を外方部材内径面に接するまで寄せた例として、例えば特許文献1に記載の円すいころ軸受がある。この円すいころ軸受は保持器の小径側環状部の外周面と大径側環状部の外周面を外方部材内径面と摺接させて保持器をガイドしている。また、保持器の柱部の外径面に引きずりトルクを抑制するための凹所を形成し、柱部の外径面と外方部材の軌道面の非接触状態を維持するようにしている。保持器は、小径側環状部と、大径側環状部と、小径側環状部と大径側環状部とを軸方向に繋ぎ外径面に凹所が形成された複数の柱部とを有する。そして柱部相互間に円すいころを転動自在に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部には、内径側に一体に延びた鍔部が設けられている。特許文献1の円すいころ軸受は、保持器と外方部材とが接触しない従来タイプに比べ、ころの充填率を多くすることが可能なため、軌道面の面圧過大による早期破損を防止する上で有利な構造とされる。
特許文献1記載の円すいころ軸受では、保持器の柱部に凹所があるので板厚が必然的に薄くなって保持器の剛性が低下し、軸受の組立て時の応力によって保持器が変形したり、軸受の回転中に保持器が変形する等の課題がある。保持器の剛性を高めようとすると保持器の径寸法が大きくなるため、外方部材接触部での摺接によるトルク増大を引き起こす可能性がある。
In the tapered roller bearing described in
また、車輪用軸受装置の場合には、車両旋回走行時にタイヤからホイールを介してハブフランジにモーメント荷重が負荷されるため、軸受の内方部材と外方部材の軸にずれ(傾き)が生じ、また保持器も軸に対し傾くため、保持器が外方部材に強く接触し、保持器の摩耗大、摺接抵抗大による発熱大となる可能性がある。また軸の傾きによって保持器が外方部材に接触するため、保持器ところ、外方部材間で力がかかり、保持器が破損する可能性もある。 Further, in the case of a wheel bearing device, a moment load is applied from the tire to the hub flange via the wheel during turning of the vehicle, so that a deviation (inclination) occurs between the shaft of the inner member and the outer member of the bearing. In addition, since the cage is also tilted with respect to the shaft, the cage is in strong contact with the outer member, and there is a possibility that the cage is greatly worn and the heat generation due to the large sliding resistance may occur. Further, since the cage comes into contact with the outer member due to the inclination of the shaft, there is a possibility that a force is applied between the outer members and the cage is damaged.
一方、特許文献1記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は、外方部材と保持器との接触を避けた上で、保持器の柱幅を確保し、適切な保持器の柱強度と円滑な回転を得るために、次式で定義されるころ係数γ(ころの充填率)を、通常0.94以下にして設計している。
ころ係数γ=(Z・DA)/(π・PCD)
ここで、Z:ころ本数、DA:ころ平均径、PCD:ころピッチ円径
On the other hand, a conventional typical tapered roller bearing with a cage other than the tapered roller bearing described in
Roller coefficient γ = (Z · DA) / (π · PCD)
Here, Z: Number of rollers, DA: Roller average diameter, PCD: Roller pitch circle diameter
保持器のポケット寸法をそのままにして単純にころ充填率を高めようとすると、保持器の柱が細くなり、充分な柱強度を確保することができない。保持器剛性・強度を低下させること無く、ころ収容本数を増加させ、さらに保持器引き摺りトルクの増大を抑制可能な円すいころ軸受ができるとよい。 If an attempt is made to simply increase the roller filling rate while keeping the pocket size of the cage as it is, the columns of the cage become thin, and sufficient column strength cannot be ensured. It is desirable that a tapered roller bearing capable of increasing the number of rollers accommodated without reducing the cage rigidity and strength and further suppressing the increase in cage drag torque can be obtained.
この発明の目的は、保持器剛性を低下させることなくころ収容本数を増大可能であって、しかも引きずりトルクの増大を可及的に抑制可能な車輪用軸受装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wheel bearing device that can increase the number of rollers accommodated without lowering the cage rigidity, and that can suppress an increase in drag torque as much as possible.
前記目的を達成するため、請求項1の発明は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側軌道面に対向する内側軌道面が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の転動体のうちアウター側の転動体がボールであり、インナー側の転動体が円すいころであると共に、インナー側の円すいころのピッチ円直径をアウター側のボールのピッチ円直径以下にしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
このように、複列の転動体のうちアウター側の転動体がボールであり、インナー側の転動体が円すいころであると共に、インナー側の円すいころのピッチ円直径をアウター側のボールのピッチ円直径以下にしたので、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなると共に、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命を同じかそれ以上にすることができる。したがって、無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。 In this way, the outer side rolling element of the double row rolling elements is a ball, the inner side rolling element is a tapered roller, and the pitch circle diameter of the inner side tapered roller is set to the pitch circle of the outer side ball. Since the diameter is less than or equal to the diameter, the rigidity of the inner rolling element row portion is increased, and the life is the same even if the load applied to the inner rolling element row portion is greater than the load applied to the outer rolling element row portion. Or more. Therefore, it is possible to provide a wheel bearing device that can realize a design without waste and has improved strength and durability.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入され、これらの内輪の内径が同一に設定されていることを特徴とする。
The invention of
これによりハブ輪の小径段部をストレートな形状にすることができ、加工性を向上させることができる。また、一対の内輪の内径を揃えることでインナー側の円すいころとアウター側のボールに付与する予圧の設定が容易になる。 Thereby, the small diameter step part of a hub ring can be made into a straight shape, and workability can be improved. Further, by setting the inner diameters of the pair of inner rings, it is easy to set the preload applied to the inner tapered roller and the outer ball.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記ハブ輪の外周にアウター側の内側軌道面が直接形成されると共に、この内側軌道面からインナー側に前記小径段部が形成され、この小径段部に所定の締め代を介して前記インナー側の内輪が圧入されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the outer raceway inner raceway surface is directly formed on the outer periphery of the hub wheel, and the inner diameter side from the inner raceway surface is formed with the small diameter step portion. The inner ring on the inner side is press-fitted into the small diameter step portion through a predetermined tightening allowance.
これは第三世代構造と称されるもので、複列の転動体構造でありながら内輪が一つ削減されて部品点数が少なく低コストにできる。 This is called a third generation structure, and although it is a double row rolling element structure, one inner ring is reduced, and the number of parts is reduced and the cost can be reduced.
請求項4の発明は、請求項1の発明において、インナー側の円すいころの保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックで構成すると共に、この保持器のポケットの窓押し角を55°以上90°以下とし、かつ、ころ係数γを0.94超としたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the inner tapered roller cage is made of an engineering plastic excellent in mechanical strength, oil resistance and heat resistance, and the pocket window of the cage is formed. The pushing angle is 55 ° or more and 90 ° or less, and the roller coefficient γ is more than 0.94.
保持器に樹脂材としてのエンジニアリング・プラスチックを使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外方部材との接触による磨耗の発生を抑えることが可能になる。エンジニアリング・プラスチックは鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。 By using engineering plastic as a resin material for the cage, the cage weight is lighter, self-lubricating, and the coefficient of friction is smaller than that of steel plate cages. Combined with the effect of the lubricating oil, it is possible to suppress the occurrence of wear due to contact with the outer member. Since engineering plastics are lighter and have a smaller coefficient of friction than steel plates, they are suitable for reducing torque loss and cage wear when starting bearings.
窓押し角は、保持器が外方部材から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約50°である。この発明では窓押し角を大きめに設定することにより、ころ係数γを0.94超にすることが可能になった。 The window push angle is a maximum of about 50 ° for a tapered roller bearing with a cage in which the cage is spaced from the outer member. In the present invention, the roller coefficient γ can be made to exceed 0.94 by setting the window pushing angle to be larger.
下限窓押し角を55°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓押し角55°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、保持器強度を確保した上でγ>0.94とするためには、窓押し角を55°以上としないと良好な接触状態を確保できないのである。 The reason why the lower limit window pushing angle is set to 55 ° or more is to ensure a good contact state with the roller, and when the window pushing angle is less than 55 °, the contact state with the roller is deteriorated. That is, in order to make γ> 0.94 after securing the cage strength, a good contact state cannot be secured unless the window pushing angle is 55 ° or more.
また上限窓押し角を90°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。 Also, the upper limit window pushing angle is set to 90 ° or less because if it is further increased, the pressing force in the radial direction is increased, and there is a risk that smooth rotation cannot be obtained even with a self-lubricating resin material. It is.
エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。 Engineering plastics include general purpose engineering plastics and super engineering plastics. Typical examples are listed below, but these are examples of engineering plastics, and engineering plastics are not limited to the following.
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート(PC)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66)、ポリアセタール(POM)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、GF強化ポリエチレンテレフタレート(GF−PET)、超高分子量ポリエチレン(UHMW−PE) [General-purpose engineering plastics] Polycarbonate (PC), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66), polyacetal (POM), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), GF reinforced polyethylene terephthalate (GF) -PET), ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE)
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリメチルベンテン(TPX)、ポリ1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート(PCT)、ポリアミド46(PA46)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T)、ポリアミド11,12 (PA11,12)、フッ素樹脂、ポリフタルアミド(PPA)
[Super Engineering Plastics] Polysulfone (PSF), Polyethersulfone (PES), Polyphenylene sulfide (PPS), Polyarylate (PAR), Polyamideimide (PAI), Polyetherimide (PEI), Polyetheretherketone ( PEEK), liquid crystal polymer (LCP), thermoplastic polyimide (TPI), polybenzimidazole (PBI), polymethylbenten (TPX),
なお、比較的車重の大きい車両用にはPA46のガラス繊維(GF)強化材を使用し、車重の小さい車両用にはPA66のGF強化材を使用するとよい。 It should be noted that a PA46 glass fiber (GF) reinforcing material may be used for a vehicle having a relatively large vehicle weight, and a PA66 GF reinforcing material may be used for a vehicle having a small vehicle weight.
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側軌道面に対向する内側軌道面が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の転動体のうちアウター側の転動体がボールであり、インナー側の転動体が円すいころであると共に、インナー側の円すいころのピッチ円直径をアウター側のボールのピッチ円直径以下にしたので、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなると共に、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命を同じかそれ以上にすることができる。したがって、無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。 The wheel bearing device according to the present invention integrally includes an outer member having a double row outer raceway formed on the inner periphery, and a wheel mounting flange for mounting the wheel on one end, and a small-diameter stepped portion on the outer periphery. And an inner member comprising at least one inner ring press-fitted into a small-diameter step portion of the hub ring and formed with an inner raceway surface facing the outer raceway surface of the double row on the outer periphery, In the wheel bearing device including a double row rolling element that is slidably accommodated between both raceway surfaces of the inner member and the outer member, an outer side rolling element of the double row rolling element includes: It is a ball, and the inner side rolling element is a tapered roller, and the pitch diameter of the inner side tapered roller is made equal to or less than the pitch diameter of the outer side ball, so the rigidity of the inner side rolling element row is high. The rolling element row on the inner side Load applied to the minute can be the same or larger than even life is greater than the load applied to the rolling element string part of the outer side. Therefore, it is possible to provide a wheel bearing device that can realize a design without waste and has improved strength and durability.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。この車輪用軸受装置は第二世代と呼称される従動輪用であって、ハブ輪1と、このハブ輪1に固定された車輪用軸受2とを備えている。ハブ輪1は、アウター側の一端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ3を一体に有し、この車輪取付フランジ3にはハブボルト3aが周方向等配に植設されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a wheel bearing device according to the present invention. This wheel bearing device is for a driven wheel called the second generation, and includes a
車輪用軸受2は、ハブ輪1の肩部1aに衝合した状態で小径段部1bに所定の締め代を介して圧入されると共に、小径段部1bの端部を塑性変形させて形成した加締部1cによって軸方向に固定されている。ハブ輪1はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、肩部1aから小径段部1bにわたって高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。なお、加締部1cは鍛造加工後の表面硬さのままとされている。これにより、車輪取付フランジ3に負荷される回転曲げ荷重に対して十分な機械的強度を有し、車輪用軸受2の嵌合部となる小径段部1bの耐フレッティング性が向上するとともに、加締部1cの塑性加工を微小なクラック等の発生を防止してスムーズに行うことができる。
The
車輪用軸受2は、外周に懸架装置を構成するナックル(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ4cを一体に有し、内周に複列の外側軌道面4a、4bが形成された外方部材4と、外周にこれら複列の外側軌道面4a、4bに対向する内側軌道面5a、6aがそれぞれ形成された2つの内輪5、6と、両軌道面4a、5aおよび4b、6a間に保持器7、8を介して転動自在に収容された複数のボール9および円すいころ10とを備えている。外方部材4と2つの内輪5、6との間に形成された環状空間の開口部にはシール11、12が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
The
アウター側の軌道面4a、5aはボール9にアンギュラコンタクトする円弧状に形成されると共に、インナー側の軌道面4b、6aは円すいころ10にラインコンタクトするテーパ状に形成されている。そして、インナー側の内輪6における内側軌道面6aの大径側に円すいころ10を案内するための大鍔6bと、小径側に円すいころ10の脱落を防止するための小鍔6cが形成されている。
The
外方部材4はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側軌道面4a、4bが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。また、内輪5、6およびボール9、円すいころ10はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
The
ここで、本実施形態で、アウター側のボール9のピッチ円直径PCDとインナー側の円すいころ10のピッチ円直径PCDが同一に設定されている。したがって、インナー側の転動体列部分の剛性が大きくなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなって寿命を同じかそれ以上にすることができる。すなわち、無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
Here, in this embodiment, the pitch circle diameter PCD of the
図2は、本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した実施形態と基本的にはハブ輪の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the wheel bearing device according to the present invention. This embodiment basically differs from the above-described embodiment only in the configuration of the hub wheel, and other parts having the same parts or the same functions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. .
この車輪用軸受装置は第三世代と呼称される従動輪用であって、外方部材4と、ハブ輪13、およびこのハブ輪13の小径段部13bに圧入された内輪6からなる内方部材14とを備えている。ハブ輪13は、外周にアウター側の外側軌道面4aに対向するアウター側の内側軌道面13aと、この内側軌道面13aから軸方向に延びる小径段部13bが形成されている。内輪6はこの小径段部13bに所定の締め代を介して圧入され、加締部13cによって軸方向に固定されている。
This wheel bearing device is for a driven wheel called a third generation, and includes an
外方部材4とハブ輪13および内輪6との間に形成された環状空間の開口部にはシール15、12が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。また、ハブ輪13はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、シール15が摺接するシールランド部から内側軌道面13aおよび小径段部13bにわたって高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
ここで、本実施形態は、前述した実施形態と同様、アウター側のボール9列のピッチ円直径PCDとインナー側の円すいころ10列のピッチ円直径PCDが同一に設定されている。したがって、いっそう装置の軽量・コンパクト化を図りつつ、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命を同じかそれ以上にすることができる。 Here, in the present embodiment, the pitch circle diameter PCD of the 9 outer rows of balls and the pitch circle diameter PCD of the 10 rows of tapered rollers on the inner side are set to be the same as in the embodiment described above. Therefore, while further reducing the weight and size of the device, the rigidity of the inner side rolling element row portion becomes higher, and the basic load rating becomes larger than the basic rated load of the outer side rolling element row portion. Even if the load applied to the rolling element row portion becomes larger than the load applied to the outer rolling element row portion, the service life can be the same or more.
図3は、本発明に係る車輪用軸受装置の第3の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第1の実施形態(図1)と基本的には両転動体列のピッチ円直径が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the wheel bearing device according to the present invention. This embodiment is basically the same as the first embodiment (FIG. 1) described above, except that the pitch circle diameters of both rolling element rows are different, and the same parts or parts having the same function are the same. Reference numerals are assigned and detailed description is omitted.
この車輪用軸受装置は第二世代と呼称される従動輪用であって、ハブ輪16と、このハブ輪16に固定された車輪用軸受17とを備えている。ハブ輪16は、アウター側の端部に車輪取付フランジ3を一体に有し、この車輪取付フランジ3から肩部16aを介して軸方向に延びる小径段部16bが形成されている。また、車輪用軸受17は、ハブ輪16の肩部16aに衝合した状態で小径段部16bに所定の締め代を介して圧入されると共に、小径段部16bの端部を塑性変形させて形成した加締部16cによって軸方向に固定されている。
This wheel bearing device is for a driven wheel referred to as a second generation, and includes a
車輪用軸受17は、外周に車体取付フランジ4cを一体に有し、内周に複列の外側軌道面18a、18bが形成された外方部材18と、外周にこれら複列の外側軌道面18a,18bに対向する内側軌道面19a、20a間に保持器7、12を介して転動自在に収容された複数のボール9および円すいころ10とを備えている。外方部材18と2つの内輪19、20との間に形成された環状空間の開口部にはシール22、23が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
The
外方部材18はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側軌道面18a,18bが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。また、内輪19、20はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
The
ここで、本実施形態は、インナー側の円すいころ10列のピッチ円直径PCDiがアウター側のボール9列のピッチ円直径PCDoよりも小径に設定されている。これにより、外方部材18におけるインナー側の外径Dを小径に設定することができ、インナー側の転動体列の基本定格荷重を低下させることなくナックルサイズを小さくでき、装置の軽量・コンパクト化を図ることができる。また、アウター側のボール9列におけるピッチ円直径PCDoの拡径量に対応してアウター側の内輪19の肉厚を厚くすることにより、ピッチ円直径PCDo、PDCiに違いがあってもハブ輪16の小径段部16bをストレートな軸状に形成することができ、加工性を向上させることができる。
Here, in this embodiment, the pitch circle diameter PCDi of 10 rows of tapered rollers on the inner side is set smaller than the pitch circle diameter PCDo of 9 rows of balls on the outer side. As a result, the outer diameter D on the inner side of the
図4は、本発明に係る車輪用軸受装置の第4の実施形態を示す縦断面図である。この実施例は「第三世代」構造と称される従動輪用であって、ハブ輪25と、このハブ輪25に固定された車輪用軸受17とを備えている。ハブ輪25の外径面にはアウター側の軌道面25aが直接形成されている。すなわち、図3の内輪19をハブ輪16に一体形成したものである。ハブ輪25の小径段部25bには内輪20を嵌合している。図3と同様に、インナー側の円すいころのピッチ円直径PCDiは、アウター側のボールのピッチ円直径PCDoよりも小さい。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the wheel bearing device according to the present invention. This embodiment is for a driven wheel called “third generation” structure, and includes a
ハブ輪25は、アウター側の端部に車輪取付フランジ3を一体に有し、この車輪取付フランジ3から肩部25dおよびアウター側軌道面25aを介して軸方向に延びる小径段部25bが形成されている。車輪用軸受17は、ハブ輪25の肩部25dに衝合した状態で小径段部25bに所定の締め代を介して圧入されると共に、小径段部25bの端部を塑性変形させて形成した加締部25cによって軸方向に固定されている。
The
車輪用軸受17は、外周に車体取付フランジ4cを一体に有し、内周に複列の外側軌道面18a、18bが形成された外方部材18と、外周にこれら複列の外側軌道面18a、18bに対向する内側軌道面25a、20a間に保持器7、12を介して転動自在に収容された複数のボール9および円すいころ10とを備えている。外方部材18とハブ輪肩部25dおよび外方部材18と内輪20との間に形成された環状空間の開口部にはシール22、23が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
The
外方部材18はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側軌道面18a、18bが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。また、内輪20はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
The
ここで、本実施形態は、インナー側の円すいころ10列のピッチ円直径PCDiがアウター側のボール9列のピッチ円直径PCDoよりも小径に設定されている。これにより、外方部材18におけるインナー側の外径Dを小径に設定することができ、インナー側の転動体列の基本定格荷重を低下させることなくナックルサイズを小さくでき、装置の軽量・コンパクト化を図ることができる。
Here, in this embodiment, the pitch circle diameter PCDi of 10 rows of tapered rollers on the inner side is set smaller than the pitch circle diameter PCDo of 9 rows of balls on the outer side. As a result, the outer diameter D on the inner side of the
図5は、本発明に係る車輪用軸受装置の第5の実施形態を示す縦断面図である。この実施例では、ころ直径を減少させないでころ本数を増やすため、図6に示すように保持器8を外方部材側にできるだけ寄せてころピッチ円を大きくしている。その他は前記実施例1〜4と同様でよい。保持器8は、例えばPA46、PA66、PPS、PEEK等のエンジニアリング・プラスチックで一体成形されたもので、小径側環状部8aと、大径側環状部8bと、小径側環状部8aと大径側環状部8bとを軸方向に繋ぐ複数の柱部8cとを備える。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a fifth embodiment of the wheel bearing device according to the present invention. In this embodiment, in order to increase the number of rollers without reducing the roller diameter, as shown in FIG. 6, the roller pitch circle is increased by moving the
図7に示す柱部8cの柱面8dの窓押し角Θ1は、下限窓押し角Θ1minが55°であり、上限窓押し角Θ1maxが90°である。窓押し角は、保持器が外方部材から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約50°である。この発明では窓押し角を大きめに設定することにより、ころ係数γを0.94超にすることが可能になった。下限窓押し角Θ1minを55°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓押し角55°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、保持器強度を確保した上でγ>0.94とするためには、窓押し角を55°以上としないと良好な接触状態を確保できないのである。また上限窓押し角Θ1maxを90°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。
The window pressing angle Θ 1 of the
ポケットの柱面8dと円すいころ10外周との間には所定の隙間が形成される。この隙間の大きさは、図8のように円すいころ10が周方向に進退しても互いに当接しない程度とする。
A predetermined gap is formed between the
本発明品は一例としてころ係数γ=0.95、ころ本数Z=25本とし、これに対して従来品で例えばころ係数γ=0.88、ころ本数Z=23本とする。計算値では、この発明の車輪用円すいころ軸受は従来品に対して基本動定格荷重Cが7%増加し、基本静定格荷重C0が9%増加する。この基本動定格荷重と基本静定格荷重の増加により、軸受の転がり寿命(計算値)は以下の実施例1で述べるように20%のアップ、軸受剛性(計算値)は7%の向上が見込まれる。 As an example, the product of the present invention has a roller coefficient γ = 0.95 and the number of rollers Z = 25, while the conventional product has, for example, a roller coefficient γ = 0.88 and a number of rollers Z = 23. In the calculated value, the tapered roller bearing for a wheel of the present invention has a basic dynamic load rating C increased by 7% and a basic static load rating C0 increased by 9% compared to the conventional product. As the basic dynamic load rating and basic static load rating increase, the rolling life (calculated value) of the bearing is expected to increase by 20% as described in Example 1 below, and the bearing rigidity (calculated value) is expected to improve by 7%. It is.
実際に製作した本発明の軸受寿命試験、及び軸受剛性試験の結果を図9A、図9Bに示す。
過酷走行を想定した軸受寿命試験の結果、本発明品(実施例)の運転寿命は従来例品の計算寿命に対し3.2倍であった。
従来例の運転寿命は、従来例品の計算寿命に対し2.3倍であったため、これより転がり寿命の長寿命化が確認できた(図9A)。
軸受剛性試験の結果、本発明品は従来品に対し7%の剛性アップが確認できた(図9B)。
試験は軸受の車輪取付けフランジに荷重負荷アームを固定して実車タイヤ半径位置にアキシアル方向の荷重(コーナー走行時のモーメント荷重を模す)を負荷した際の、車輪取付けフランジの変位を測定し傾きに換算した。
本発明品と従来品では保持器ところ数以外は同じであり(同形状の部品を使用)、軸受予圧も同等とした。
9A and 9B show the results of the bearing life test and the bearing rigidity test of the present invention actually manufactured.
As a result of the bearing life test assuming severe running, the operating life of the product of the present invention (Example) was 3.2 times the calculated life of the conventional product.
Since the operating life of the conventional example was 2.3 times the calculated life of the conventional product, it was confirmed that the rolling life was extended (FIG. 9A).
As a result of the bearing rigidity test, it was confirmed that the product of the present invention was 7% more rigid than the conventional product (FIG. 9B).
The test is performed by measuring the displacement of the wheel mounting flange when the load load arm is fixed to the wheel mounting flange of the bearing and a load in the axial direction (simulating the moment load during cornering) is applied to the actual tire radial position. Converted into
The product of the present invention and the conventional product are the same except for the number of cages (use parts of the same shape), and the bearing preload is also equivalent.
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。例えば、本発明に係る車輪用軸受装置は、駆動輪用、従動輪用に拘わらず、さらに円すいころ軸受の形状は、図に示した第二世代型、第三世代型に限らず、外方部材にフランジがない構造(第一世代型)、等速ジョイント外輪の外径にインナー側の軌道面が形成された構造(第四世代型)にも適用可能である。また、前記実施形態では保持器材料にPA46、PA66、PPS、PEEK等のエンジニアリング・プラスチックを使用したが、必要に応じて、強度増強のためこれら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維又は炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and is merely an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say, the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and includes the equivalent meanings of the scope of claims and all modifications within the scope. For example, in the wheel bearing device according to the present invention, the shape of the tapered roller bearing is not limited to the second generation type and the third generation type shown in the drawing, regardless of whether it is for driving wheels or driven wheels. The present invention can also be applied to a structure in which a member does not have a flange (first generation type) and a structure in which a raceway surface on the inner side is formed on the outer diameter of a constant velocity joint outer ring (fourth generation type). In the above embodiment, engineering plastics such as PA46, PA66, PPS, and PEEK are used as the cage material. However, if necessary, these resin materials or other engineering plastics may be made of glass fiber or What mix | blended carbon fiber etc. may be used.
1 ハブ輪
1a 肩部
1b 小径段部
1c 加締部
2 車輪用軸受
3 車輪取付フランジ
3a ハブボルト
4 外方部材
4a、4b 外側軌道面
4c 車体取付フランジ
5、6 内輪
5a、6a 内側軌道面
6b 大鍔
6c 小鍔
7 保持器
8 保持器
8a 小径側環状部
8b 大径側環状部
8c 柱部
8d 柱面
9 ボール
11 シール
13 ハブ輪
13a 内側軌道面
13b 小径段部
13c 加締部
14 内方部材
15 シール
16 ハブ輪
16a 肩部
16b 小径段部
16c 加締部
17 車輪用軸受
18 外方部材
18a 外側軌道面
19 内輪
19a 内側軌道面
20 内輪
22 シール
25 ハブ輪
25a 軌道面
25b 小径段部
25c 加締部
25d 肩部
29 ボール
33 内輪
34 軌道面
35 ハブ輪
44 保持器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側軌道面に対向する内側軌道面が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、
前記複列の転動体のうちアウター側の転動体がボールであり、インナー側の転動体が円すいころであると共に、インナー側の円すいころのピッチ円直径をアウター側のボールのピッチ円直径以下にしたことを特徴とする車輪用軸受装置。 An outer member having a double-row outer raceway surface formed on the inner periphery;
A hub wheel integrally having a wheel mounting flange for mounting a wheel at one end, a small-diameter step formed on the outer periphery, and a press-fitted into the small-diameter step of the hub wheel, and the outer circumferential surface of the double row on the outer periphery An inner member made of at least one inner ring formed with an inner raceway surface facing
In the wheel bearing device including the inner member and the double row rolling elements accommodated so as to be freely rollable between both raceway surfaces of the outer member,
Among the double row rolling elements, the outer side rolling element is a ball, the inner side rolling element is a tapered roller, and the pitch circle diameter of the inner side tapered roller is equal to or less than the pitch circle diameter of the outer side ball. A bearing device for a wheel, characterized in that
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