JP4822213B2 - 車輪軸受の外レース - Google Patents

Description

本発明は、車輪軸受の外レースであって、外レースが中空円筒状部分と、この円筒状部分から半径方向外方へ出るフランジとを持ち、フランジが、凹な喉部の所で円筒状部分へ移行しているものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９４０３９５号明細書は、外レース、転動体及び２つの内レースを持つ車輪軸受を記載しており、外レースが軸線方向に端面と端面から遠い方の側との間に半径方向フランジを持ち、このフランジにより車輪軸受が懸架されている。車輪軸受はフランジを介して軸線方向及び半径方向に車輪保持体に固定している。フランジに軸線方向に続く外レースの中空円筒状部分は、車輪保持体にある穴にはまっているので、外レースは、フランジにより軸線方向に、また少なくとも円筒状部分により少なくともまた半径方向に、車輪保持体に当接している。

従って本発明の課題は、車輪保持体等への取付けにより前記の欠点が回避される車輪軸受用外レースを提供することである。

この課題は請求項１の対象によって解決される。

フランジは、車輪保持体になるべく部分的にのみ軸線方向に当接している。フランジが円筒状部分へ移行する凹な喉部に車輪保持体が当接しないように、外レースが円筒状部分で半径方向に、またフランジで軸線方向に車輪保持体に当接している。外レースの縦断面において外レースの回転軸線に沿って見て、凹な喉部が、第１の移行部で例えばフランジの円環面へ移行し、また第２の移行部で例えば円筒状部分の円筒状周面へ移行している。第１及び第２の移行部は、その代わりに例えばフランジまたは円筒状部分にあるアンダカット状環状溝にそれぞれ終わっている。その際周面の仮想軸線方向延長部と第１の移行部との間の垂直な間隔が，フランジの面と第２の移行部との間の回転軸線に対して平行な間隔より小さいことが、特に重要である。

輪郭のこの形成により、凹所における最大切欠き応力が約３０％だけ減少されることが証明された。喉部は、移行部の間で順次に続く少なくとも２つの半径により有利に描かれ、少なくとも第１の半径が、第１の移行部において半径方向にフランジへ移行し、少なくとも第２の半径が、第２の移行部において軸線方向に円筒状部分へ移行している。これらの半径は、縦断面において移行部の方へ直線により互いに分離されるか、又はなるべくフランジと円筒状部分との間で互いに移行している。

フランジは、軸線方向に外レースの端面の間で端面に対し軸線方向に離れて形成されるか、又は外レースに取付けられている。車輪軸受は、フランジにより車輪保持体等に懸架されるか、又は少なくとも部分的に半径方向に車輪保持体に支持されている。

本発明によれば、外レースは、少なくとも部分的に少なくとも回転軸線に対して半径方向に車輪保持体に支持されて、軸線方向に外レースの端部に形成されるフランジが、軸線方向に車輪保持体に当接し、円筒状部分が半径方向に車輪保持体に当接し、車輪保持体が喉部に接触しないようにしている。車輪保持体の鋭い縁の影響による喉部の付加的な応力は、保持体の穴にある充分な寸法の面取り部によっても回避される。

少なくとも部分的に転動体列用の転動軌道が形成されている外レースの円筒状部分は、半径方向に完全に車輪保持体に支持されている。それにより一般に車輪軸受全体が車輪保持体により包囲されている。フランジが適当な手段により車輪保持体に取付けられているので、フランジを介して車輪軸受が穴内で軸線方向に車輪保持体に対して止められている。走行運転中における外レースの軸線方向移動が回避される。更に外レースが荷重を受けて半径方向に車輪保持体内に支持されるので、フランジから円筒状部分への移行部にある喉部は最初から荷重を除かれている。

この意味で車輪軸受は、転動体としてころ及び／又は玉を持ちかつ１つ又は複数の一体又は多部分の内レースを持つすべての１列、２列及び数列の車輪軸受を意味し、これらの内レースは、ラジアル玉軸受装置又はアンギュラ玉軸受装置あるいはラジアルころ軸受装置又はアンギュラころ軸受装置におけるように多様な配置で構成される。その代わりに、１つ又はすべての転動軌道が１つ又は複数の内レースに形成されるのではなく、車輪軸受内に支持されるボスに直接形成されている。

駆動されるか又は駆動されない車輪用の車輪軸受モジュールのボスは、車輪軸受を車輪保持体へ組込む前に、例えば曲げ縁により軸受に固定されている。曲げ縁は軸受装置の後ろに係合して、ボスが車輪軸受から分離しないように車輪軸受に固定している。その代わりに車輪軸受にある車輪を車輪保持体に対して回転可能に支持するボス又はピンは、車輪軸受が車輪保持体に固定している時に初めて挿入される。

本発明の別の構成によれば、外レースが比較的薄壁であり、従って穴を包囲する剛性ハウジングに比較して弾性的である。壁の薄い断面のため、組立て前に外レースは、少なくとも外レースが穴へ圧入される円筒状部分において、回転軸線に対して直角な断面で見て、特に転動軌道の外側及び内側で、理想的な丸みからの偏差を持っている。これらの偏差は、穴における理想的な丸みからの偏差より著しく大きい。なぜならば、穴の丸さは切削加工により正確だからである。最終的に機能により制約される転動軌道の丸さは、外レースが穴へ圧入される時に初めて得られる。

外レースは圧入により直径を収縮されて、穴の丸さに合わされている。この弾性変形は転動軌道の形状へ伝えられるので、接触区域における転動軌道の直径は、理想的な丸さからの許容偏差に関して必要な要求を満たしている。更に弾性的な形状変化は、車輪軸受が単位体として完全に組立てられる時、車輪軸受の必要な遊びなしのためにも有利である。外レースに対して比較的剛性的な車輪保持体にある穴は、大体において圧入前の初期形状を持っている。外レースは固定的に車輪保持体にはまっており、それにより騒音が回避されている。

薄壁の外レースはフランジとなるべく一体に形成されているが、フランジは溶接又は摩擦及び／又ははまり合い結合によっても外レースに取付け可能である。本発明の構成によれば、外レースが変形される材料から形成されている。従ってすべての成形素子を持つ外レースの形状は、変形によっても得られる。切断加工又は切削加工は、切削加工の範囲に比べて、非常に少ない加工の範囲に限定されている。切断又は穴あけによっては、過剰な材料、縁、ばり又はそれ以外の類似物のみが、成形部分から除去される。場合によっては転動軌道のみが、研削、ラップ仕上げ又は研摩のような精密加工により再加工される。冷間変形という概念は、伸ばし、据え込み、広げ又は収縮及び材料分離なしに原材料の塑性変形により中空の外レースの輪郭を製造できるすべての変形方法を意味する。このような方法は例えば絞り、深絞り、ローリング、プレス加工及び前記方法の組合せである。

外レースを製造するための素材として、例えば管又は板が考慮される。管から成る素材は、拡管、ローリング、収縮、据え込み及び縁の折り返しによって、完成した外レースとなるように加工される。板から製造される外レースは、絞り及びそれ以外の個々の方法又は方法の組合わせにより製造される。この場合本発明の構成によれば、フランジは、外レースの端面から軸線方向にフランジが当接する車輪保持体まで、外レースの製造前における板の原材料が厚かったのとちょうど同じ幅である。好ましい材料は、例えば１００Ｃ_ｒ６のように冷間変形可能な軸受材料又はすべての適当な深絞り鋼である。

外レースは小さい重量という点ですぐれている。なぜならば小さい壁厚又は小さい板厚の原材料が使用されているからである。原材料の厚さはなるべく２．４〜５ｍｍの範囲にある。切削又は非切削加工される薄壁の外レースにより、ばね下質量の重量に対する車輪軸受装置の全体割合は小さい。

車両の駆動されかつ／又は駆動されない車輪の支持用の車輪軸受は、外レースと共に、外レースのフランジが車両の方へ又は車両から離れるように向くように、車輪保持体に組込まれている。その代わりに駆動される車輪を支持する車輪軸受には、外レースのフランジが車輪フランジに近い方にある車輪保持体の側で当接するか、フランジが車輪フランジから遠い方にある車輪保持体の側で当接している。

フランジは、例えば車輪保持体へねじ込まれるか又は車輪保持体に圧入されるピンにより、車輪保持体に取付けられている。クランプ等のように車輪保持体から軸線方向に遠い方にあるフランジの側でフランジに少なくとも１つの取付け縁の後ろで軸線方向に係合する別の取付け素子も考えられる。その代わりに、車輪保持体に溶接又はねじ込みにより取付けられるボルトも設けられ、これらのボルト上にそれぞれ１つのナットがねじはめられ、フランジに対して軸線方向に予荷重をかけられている。ボルトはフランジにある軸線方向切欠きを貫通している。

本発明の別の構成及び実施形態が図１及び２ａ〜２ｂに詳細に記載されている。

図１は、車輪軸受モジュール１を回転軸線１１に沿う縦断面図で示している。車輪軸受モジュールは、外レース２，２列の転動体３、内レース４、ボス５及び鐘状継手６を備えている。車輪軸受モジュール１の個別部分２，３，４，５，６から予め組立てられる構造単位は、車輪保持体７内にある。

外レース２、この例では玉の形の転動体３、保持器９、密封片１０、内レース４及びボス５から成る車輪軸受８は、それ自体まとまって予め組立てられている。そのため転動体３及び内レース４は、ボス５により外レース２内に保持されている。一方の列の転動体３は、外レース２の転動軌道２ａ及びボス５に直接形成される転動軌道５ａに支持されている。他方の列の転動体３は、外レース２の別の転動軌道２ａ及び内レース４の転動軌道４ａの間に設けられている。少なくとも車輪軸受８が車輪保持体７に組込まれている時、車輪軸受８は、ボス５にある曲げ縁５ｂにより、内レース４及び外レース２を介して遊びなしに予荷重をかけられている。この場合ボス５は、曲げ縁５ｂを介して車輪軸受８に外れないように固定している。

ボス５は回転軸線１１の周りにほぼ回転対称に形成され、軸線方向貫通穴５ｃを持っている。鐘状継手６にある基部６ａは貫通穴５ｃを軸線方向に貫通している。鐘状継手６は、ナット１２を介して軸線方向にボス５に止められている。ボス５には、半径方向外方へ向く車輪フランジ５ａが形成されている。歯状輪部１３を介して基部６ａ及びボス５において、鐘状継手６と車輪フランジ５ｄとの間に、回転軸線の周りに相対回転しない結合が行われる。

車輪フランジ５ｄには軸線方向穴５ｅが形成され、車輪を取付けるための図示しない車輪ボルトがこの穴５ｅへはまっている。更に車輪フランジ５ｄは軸線方向切欠き５ｆを持ち、これらの切欠き５ｆが、回転軸線１１の周りにおける車輪フランジ５ｄの１回転毎に少なくとも１回、軸線方向にフランジ２ｃに対向して、切欠き５ｆのため車輪フランジ５ｄが取付け素子１４を軸線方向に覆わないようにしている。軸線方向貫通穴１５として形成される切欠き５ｆの直径Ｄ_１は、取付け素子１４の頭部１４ａの最大直径Ａ_１より大きい。

外レース２は、２つの中空円筒状部分２ｂと半径方向フランジ２ｃとから形成されている。車輪軸受８は、円筒状部分２ｂを介して車輪保持体７の穴７ａ内に半径方向に支持されている。外レース２は、円筒状部分２ｂにおいて、喉部２ｄを経てフランジ２ｃへ移行している。フランジ２ｃは、車輪保持体７の外側に軸線方向に当接し、車輪保持体７から軸線方向に遠い方の側２ｅで、ピンの形の取付け素子１４と係合している。取付け素子１４は、頭部１４ａによりフランジ２ｃへ向かって軸線方向に予荷重をかけられている。なぜならば、ピンに固定した軸部１４ｂは、車輪保持体７の取付け穴７ｂ内で軸線方向に固定しているからである。取付け素子１４は、取付け穴７ｂへ選択的に圧入されるか又はねじ込まれている。

図２は外レース２を全体図で示している。外レース２は例えば冷間変形により製造される部材であり、そのフランジ２ｃは半径方向に突出する部分２ｇを持っている。３つの突出部分２ｇに、切欠き２ｆが貫通穴１６として形成されている。

図２ａは、穴７ａの内側形状２ｒに比較して、個別部分としての外レース２の形状偏差を示している。外レース２は、その薄い壁のため、冷間変形後、外側形状２ｓを持ち、この外側形状の直径Ｄ_Ａは、まず過剰寸法２×Ｕだけ穴７ａの内径Ｄ_ｉより大きい。更に外側形状２ｓは、寸法２×Ｖだけ穴７ａの内側形状２ｒとは相違している。外レース２を穴７ａへ取付けた後、外側形状２ｓが直径Ｄ_ｉ及び内側形状２ｒにほぼ一致するまで、外レース２が収縮される。

外レース２は放射状肩部２ｈを持っている。放射状肩部２ｈは転動軌道２ａの間に設けられ、転動軌道２ａは少なくとも部分的に放射状肩部２ｈに形成されている。外レース２には、外側から環状溝２ｋが形成されている。環状溝２ｋは、一方では放射状肩部２ｈを形成するため外レース２から材料を押しのけることにより生じ、他方では転動軌道２ａの範囲で外レース２にある程度の弾性を与える。

図１の細部Ｚの拡大図である図２ｂには、喉部２ｄが著しく拡大されて縮尺ではなく示されている。喉部２ｄは凹に形成され、第１の移行部２ｌで円筒状部分２ｂの円筒状周面２ｍへ移行している。フランジ２ｃにおいて、喉部２ｄは第２の移行部２ｎで円環状面２ｐへ移行している。周面２ｍの仮想軸線方向延長部と移行部２ｎとの間の垂直間隔Ｓは、円環面２ｐの仮想半径方向延長部と移行部２ｌとの間の回転軸線１１に対して平行な間隔Ｘより小さい。

図２ｂは、喉部２ｄの輪郭が外レース２の縦断面において鎖線により示されかつ半径ｒにより描かれる輪郭２ｑとは相違することも示している。喉部２ｄは縦断面において半径ｒ_１及びｒ_２により描かれている。半径ｒ_１は移行部２ｎでフランジ２ｃへ移行し、半径ｒ_２は移行部２ｌで軸線方向に円筒状部分２ｂへ移行している。半径ｒ_１と半径ｒ_２は、フランジ２ｃと円筒状部分２ｂとの間で互いに移行している。

車輪保持体７は、この車輪保持体７と喉部２ｄが少なくとも移行部２ｌ及び２ｎの所まで互いに離れているように、軸線方向にフランジ２ｃに当接し、また半径方向に円筒状部分２ｂに当接している。半径方向に切欠き２ｆの下における最大応力は、半径ｒによって描かれる輪郭２ｑの所で、半径ｒ_１及びｒ_２により描かれる喉部２ｃにおける応力より約３分の１だけ大きい。

本発明による車輪軸受の縦断面を示す。 車輪軸受の外レースの斜視図を示す。 車輪保持体の穴と外レースの円筒状部分との関係を示す。 図１の細部を拡大図で示す。

符号の説明

１ 車輪軸受モジュール ５ａ 転動軌道
２ 外レース ５ｂ 曲げ縁
２ａ 転動軌道 ５ｃ 貫通穴
２ｂ 部分 ５ｄ 車輪フランジ
２ｃ フランジ ５ｅ 穴
２ｄ 喉部 ５ｆ 切欠き
２ｅ 側 ６ 鐘状継手
２ｆ 切欠き ６ａ 基部
２ｇ 部分 ７ 車輪保持体
２ｈ 放射状肩部 ７ａ 穴
２ｋ 環状溝 ８ 車輪軸受
２ｌ 移行部 ９ 保持器
２ｍ 周面 １０ 密封片
２ｎ 移行部 １１ 回転軸線
２ｐ 面 １２ ナット
２ｑ 輪郭 １３ 歯状輪郭
２ｒ 内側形状 １４ 取付け素子
２ｓ 外側形状 １４ａ 頭部
３ 転動体 １４ｂ 軸部
４ 内レース １５ 穴
４ａ 転動軌道 １６ 穴
５ ボス

Claims (9)

1. 車輪保持体（７）にある車輪軸受（８）の外レース（２）であって、外レース（２）が中空円筒状部分（２ｂ）とこの中空円筒状部分（２ｂ）から半径方向外方へ出る取付けフランジ（２ｃ）とにより形成され、取付けフランジ（２ｃ）が、凹な喉部（２ｄ）の所で中空円筒状部分（２ｂ）へ移行し、外レース（２）の縦断面において外レース（２）の回転軸線（１１）に沿って見て、喉部（２ｄ）が、第１の移行部（２ｎ）で取付けフランジ（２ｃ）の面（２ｐ）へ移行し、また第２の移行部（２ｌ）で中空円筒状部分（２ｂ）の周面（２ｍ）へ移行し、周面（２ｍ）の仮想軸線方向延長部と第１の移行部（２ｎ）との間の垂直な間隔（Ｓ）が、取付けフランジ（２ｃ）の面（２ｐ）の仮想半径延長部と第２の移行部（２ｌ）との間の回転軸線（１１）に対して平行な間隔（Ｘ）より小さいものにおいて、外レース（２）が、少なくとも部分的に、回転軸線（１１）に対して少なくとも半径方向に、車輪保持体（７）内に支持され、外レース（２）の軸線方向端部に形成される取付けフランジ（２ｃ）が軸線方向に車輪保持体（７）に当接し、車輪保持体（７）と喉部（２ｄ）が少なくとも第１および第２の移行部（２ｌ，２ｎ）の所まで互いに離れているように、車輪保持体（７）が軸線方向に取付けフランジ（２ｃ）に当接し、かつ半径方向に周面（２ｍ）に当接し、外レース（２）が取付けフランジ（２ｃ）と一体に冷間変形されていることを特徴とする、車輪軸受の外レース。
2. 垂直な間隔（Ｓ）と平行な間隔（Ｘ）との比が１：１．５であることを特徴とする、請求項１に記載の外レース。
3. 喉部（２ｄ）が縦断面において複数の半径により描かれ、少なくとも第１の半径（ｒ１）が、第１の移行部（２ｎ）において半径方向に取付けフランジ（２ｃ）へ移行し、少なくとも第２の半径（ｒ２）が、第２の移行部（２ｌ）において軸線方向に中空円筒状部分（２ｂ）へ移行していることを特徴とする、請求項１に記載の外レース。
4. 第１の半径（ｒ１）と第２の半径（ｒ２）が、取付けフランジ（２ｃ）と中空円筒状部分（２ｂ）との間で互いに移行していることを特徴とする、請求項３に記載の外レース。
5. 第１の半径（ｒ１）が第２の半径（ｒ２）より小さいことを特徴とする、請求項４に記載の外レース。
6. 第１の半径（ｒ１）と第２の半径（ｒ２）との比が少なくとも１：２．５であることを特徴とする、請求項５に記載の外レース。
7. 少なくとも１つの取付け素子（１４）が、車輪保持体（７）から軸線方向に遠い方にある取付けフランジ（２ｃ）の側（２ｅ）で、取付けフランジ（２ｃ）に軸線方向に係合し、取付け素子（１４）が取付けフランジ（２ｃ）に軸線方向に固定して当接し、取付け素子（１４）が車輪保持体（７）に固定していることを特徴とする、請求項１に記載の外レース。
8. 取付け素子（１４）が頭部（１４ａ）を持つピンであり、ピンが頭部（１４ａ）で軸線方向に取付けフランジ（２ｃ）に当接し、軸線方向に取付けフランジ（２ｃ）の切欠き（２ｆ）を貫通して車輪保持体（７）に取付けられていることを特徴とする、請求項７に記載の外レース。
9. 切欠き（２ｆ）が半径方向外方へ開いていることを特徴とする、請求項８に記載の外レース。

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