车轮用轴承装置的制作方法

专利名称：车轮用轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可自由旋转地支撑车辆的车轮的轴承装置，即 车轮用轴承装置，更具体地涉及一种旨在增加车轮用轴承装置的刚性从 而延长其寿命的车轮用轴承装置。
背景技术：
通常，车轮用轴承装置用于通过滚动轴承可自由旋转地支撑用于安 装车轮的毂轮，并用于驱动轮和从动轮。由于结构的原因，通常，对于 驱动轮采用内圈旋转型，对于从动轮采用内圈旋转型和外圈旋转型。双 列角接触滚珠轴承广泛用于这种轴承装置中，原因在于其具有期望的 轴承钢性、对于失准的高耐用性以及对于燃料消耗有益的小转矩。另一 方面，双列圆锥滚子轴承用于诸如越野车或卡车之类的重型车辆。
车轮用轴承装置大体上分为第一代结构，其中双列角接触滚珠轴 承的车轮轴承装配在形成悬架的一部分的转向节与毂轮之间；第二代结 构，其中车体安装凸缘或车轮安装凸缘直接形成在外部件的外周上；第
三代结构，其中内滚道表面之一直接形成在毂轮的外周上；以及第四代 结构，其中内滚道表面直接形成在毂轮和等速万向节的外周上。
在现有技术的车轮用轴承装置中，由于双列轴承中的两个轴承列布 置相同，因此尽管在直路行驶期间具有足够的刚性，但是在弯路行驶期 间不能总是获得最佳的刚性。也就是说，车轮与轴承装置之间的位置关 系通常设计成，使得在直路行驶期间车辆的重量作用在轴承滚珠列之间 的大致中部，但是有较大径向负载和较大轴向负载施加于车辆的与转弯 方向相反侧的车轴(即，在右转时，车辆左侧的车轴)上。因而，为了 提高轴承装置的耐用性和强度，有效的是使得外侧轴承列的刚性大于内 侧轴承列的刚性。由此，己知图ll所示的车轮用轴承装置，该轴承装置
5可以在不扩大轴承装置的情况下具有高刚性。
车轮用轴承装置50由双列角接触滚珠轴承形成，包括外部件51， 该外部件在其外周上一体形成有待安装到车辆的转向节(未示出)上的
车体安装凸缘51c，并在其内周上一体形成有双列外滚道表面51a、 51b; 内部件55，该内部件包括毂轮52，该毂轮在其一端一体形成有用于安装 车轮(未示出)的车轮安装凸缘53、形成在其外周上与双列外滚道表面 51a、 51b中的一个外滚道表面51a相对的一个内滚道表面52a、以及从内 滚道表面52a轴向延伸的柱形部52b，该内部件还包括装配在柱形部52b 上的内圈54，该内圈在其外周上形成有与双列外滚道表面51a、 51b中的 另一个外滚道表面51b相对的另一个内滚道表面54a;双列滚珠56、 57， 它们可自由滚动地容纳在外滚道表面51a、 51b与内部件55的内滚道表 面52a 、 54a之间；以及保持架(cage) 58、 59，用于可滚动地保持滚珠 56、 57。
使毂轮52的柱形部52b径向向外塑性变形而形成敛缝部52c，通过 该敛缝部52c将内圈54轴向不可动地固定。在形成于外部件51与内部 件55之间的环形开口内安装有密封件60、 61，以防止容纳在轴承装置内 的油脂泄漏并防止雨水或灰尘从外部进入轴承装置内。
将外侧滚珠组56的节圆直径D1设为大于内侧滚珠组57的节圆直径 D2。因而，毂轮52的内滚道表面52a的直径大于内圈54的内滚道表面 54a的直径，并且外部件51外侧的外滚道表面51a的直径大于外部件51 内侧的外滚道表面51b的直径。而且，外侧滚珠56的数量大于内侧滚珠 57的数量。通过将外侧的节圆直径Dl设为大于内侧的节圆直径D2 (D1>D2)，可以获得具有大刚性的轴承装置50并由此延长其寿命(参 见日本专利特开公报No. 108449/2004)。

发明内容
本发明待解决的问题
在现有技术的车轮用轴承装置50中，将外侧滚珠组56的节圆直径 Dl设为大于内侧滚珠组57的节圆直径D2，并因而毂轮52的内滚道表
6面52a的直径大于内圈54的内滚道表面54a的直径。如上所述，这可以 获得具有大刚性的轴承装置50并由此延长其寿命，但是，由于毂轮52 具有扩大的直径，因此不能避免车轮用轴承装置的重量增加，由此其重 量的减轻受到限制。
因此，本发明的目的是提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装 置可同时解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸与增大其刚性和强度相 矛盾的问题。
解决问题的手段
为了实现本发明的目的，提供了一种车轮用轴承装置，该车轮用轴 承装置包括外部件，该外部件在其外周上形成有待安装到车辆的悬架 装置上的车体安装凸缘，并在其内周上形成有双列外滚道表面；内部件， 该内部件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端具有一体形成的车轮安装 凸缘，所述毂轮在其外周上形成有与所述双列外滚道表面中的一个外滚 道表面相对布置的一个内滚道表面、以及从所述内滚道表面经由轴状部 轴向延伸的柱形部，所述内圈适于以预定过盈装配到所述毂轮的柱形部 上，并在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面中的另一个外滚 道表面相对布置的另一个内滚道表面；以及双列滚动元件，所述双列滚 动元件可自由滚动地容纳在所述外部件和所述内部件各自的外滚道表面 和内滚道表面之间，其特征在于所述双列滚动元件的至少内侧滚动元 件是锥形滚子，并且内侧滚动元件的节圆直径设为小于外侧滚动元件的 节圆直径；在所述毂轮的外侧端部处形成有大致锥形的凹部，该凹部的 深度超过所述毂轮的内滚道表面的底部延伸到所述轴状部附近；并且所 述毂轮的形成所述内滚道表面的部分处的厚度设在预定范围内，且所述 毂轮的外侧壁形成为沿所述凹部的内表面具有大致恒定的厚度(第一方 面)。
根据本发明第一方面的车轮用轴承装置，由于其特征在于所述双 列滚动元件的至少内侧滚动元件是锥形滚子，并且内侧滚动元件的节圆 直径设为小于外侧滚动元件的节圆直径；在所述毂轮的外侧端部处形成 有大致锥形的凹部，该凹部的深度超过所述毂轮的内滚道表面的底部延的形成所述内滚道表面的部分处的 厚度设在预定范围内，且所述毂轮的外侧壁形成为沿所述凹部的内表面 具有大致恒定的厚度，因此可以提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴 承装置可同时解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸与增大其刚性和强 度相矛盾的问题。
优选的是，在从所述毂轮的车轮安装凸缘的内侧基部到所述柱形部 的区域中，通过高频感应淬火连续地形成预定的硬化层，并且所述毂轮 的形成所述内滚道表面处的壁厚设定为大于所述硬化层的有效深度的两 倍(第二方面)。这样可以确保毂轮的强度和刚性，并防止在高频感应淬 火期间产生裂纹。
优选的是，所述外侧滚动元件是锥形滚子，其中所述毂轮的所述内 滚道表面的大直径侧所在的壁的厚度tl设为大于所述毂轮的所述内滚道 表面的中央部分所在的壁的厚度t2，并且所述厚度tl和所述毂轮的与所
述厚度tl所在的位置相同的位置处的外周的直径dl设为具有关系0.2^ tl/dl^0.3 (第三方面)。这样可以确保毂轮的强度和刚性，并实现减轻其 重量。
优选的是，所述毂轮的所述内滚道表面的中央部分所在的壁的所述 厚度t2和所述毂轮的与所述厚度t2所在的位置相同的位置处的外周的 直径d2设为具有关系0.2^t2/d2^0.3 (第四方面)。这样可以确保毂轮的 强度和刚性，并实现减轻其重量。
优选的是，在所述毂轮的所述内滚道表面的大直径侧上未形成有任 何用于引导所述锥形滚子的大凸缘，并且所述大凸缘形成在所述外部件 的外滚道表面的大直径侧上(第五方面)。这样即使有大的转矩负载施加 于车轮安装凸缘，也可以降低通过锥形滚子加载到毂轮的应力集中并由 此降低毂轮的疲劳，从而确保车轮用轴承装置的强度和耐用性。
还优选的是，各内侧滚动元件的直径小于各外侧滚动元件的直径(第 六方面)。这样可以减小转向节的尺寸与车轮用轴承装置的重量和尺寸， 并增大各列滚动元件的基本额定负载。
优选的是，所述外侧滚动元件是滚珠，并且所述毂轮的内滚道表面
8的壁厚设定为具有在相同位置处所述毂轮的外周的0.2 0.3倍的范围 (第七方面)。这样可以确保毂轮的强度和刚性，并实现减轻其重量。
优选的是，所述毂轮的周边的角部具有预定圆弧形截面的表面，并 且该角部的过渡部平滑地形成(第八方面)。这样可以防止在组装车轮用 轴承装置期间滚动元件产生损伤，由此延长其寿命。
优选的是，所述角部在热处理之后与所述内滚道表面一起通过成形 砂轮同时进行研磨(第九方面)。这样可以进一步平滑地形成连接部。
还优选的是，通过使所述毂轮的柱形部的端部径向向外塑性变形而 形成敛缝部，通过该敛缝部在施加有预定的轴承预载的情况下将所述内 圈轴向固定在所述毂轮上(第十方面)。这样可以进一步减少车轮用轴承 装置的重量和尺寸，并长期保持初设预载。
优选的是，在从所述车轮安装凸缘的内侧基部经由所述内滚道表面 和所述轴状部到所述柱形部的敛缝部附近的部分这样的区域中，通过高 频感应淬火连续地形成预定的硬化层(第十一方面)。这样可以同时实现 减小车轮用轴承装置的重量和尺寸以及增大其刚性。
优选的是，所述硬化层的内侧端位置设在从与所述内圈的内滚道表 面的大直径端相对应的位置到所述敛缝部附近的位置这样的区域中(第 十二方面)。这样可以抑制因敛缝过程使得内圈并由此其大凸缘产生的变 形，并确保用于固定内圈的预定力。
优选的是，在敛缝之前所述柱形部的端部形成为中空柱形部，所述
中空柱形部的周边形成有具有0. 5 1. 0mm深度的环形槽，所述环形槽位 于与所述内滚道表面的大直径端相对应的位置的更内侧，并延伸成从所 述内圈的倒角部延伸超过该内圈的大直径端面，并且所述硬化层延伸到 所述环形槽(第十三方面)。这样可以在抑制因敛缝过程导致其变形的同 时确保用于固定内圈的力，并提高中空柱形部的可加工性，从而防止由 于其塑性变形而产生裂纹，并由此抑制毂轮的变形。
优选的是，所述内圈的内滚道表面的大直径端形成在从所述内圈的 大端面离开大于5mm的位置处(第十四方面)。这样可以防止因敛缝过程 使得内圈的大凸缘产生变形，并由此确保内圈与锥形滚子之间的良好接触状态。
优选的是，所述内圈在其外周上形成有锥形内滚道表面，并在所述 内滚道表面的大直径侧形成有用于引导所述锥形滚子的大凸缘，并且所 述内圈在其内侧以预定台阶形成有小直径部(第十五方面)。这样即使在 敛缝过程中内圈径向向外扩张，也可以降低在内圈的外径表面上产生的 圆周应力，并抑制内圈的大凸缘的变形(下落)。
还优选的是，所述内圈与所述柱形部之间的干涉朝向所述内侧逐渐 增大(第十六方面)。这样可以增大敛缝部附近的内圈紧固力，并由此抑 制柱形部的变形。
发明效果
根据本发明的车轮用轴承装置，由于其包括外部件，该外部件在 其外周上形成有待安装到车辆的悬架装置上的车体安装凸缘，并在其内 周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮和内圈，所述 毂轮在其一端具有一体形成的车轮安装凸缘，所述毂轮在其外周上形成 有与所述双列外滚道表面中的一个外滚道表面相对布置的一个内滚道表 面、以及从所述内滚道表面经由轴状部轴向延伸的柱形部，所述内圈适 于以预定过盈装配到所述毂轮的柱形部上，并在该内圈的外周上形成有 与所述双列外滚道表面中的另一个外滚道表面相对布置的另一个内滚道 表面；以及双列滚动元件，所述双列滚动元件可自由滚动地容纳在所述 外部件和所述内部件各自的外滚道表面和内滚道表面之间，其特征在于 所述双列滚动元件的至少内侧滚动元件是锥形滚子，并且内侧滚动元件 的节圆直径设为小于外侧滚动元件的节圆直径；在所述毂轮的外侧端部 处形成有大致锥形的凹部，该凹部的深度超过所述毂轮的内滚道表面的
底部延伸到所述轴状部附近；并且所述毂轮的形成所述内滚道表面的部
分处的厚度设在预定范围内，且所述毂轮的外侧壁形成为沿所述凹部的 内表面具有大致恒定的厚度，因此可以提供一种车轮用轴承装置，该车
轮用轴承装置可同时解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸与增大其刚 性和强度相矛盾的问题。 实施本发明的最佳方式实施本发明的最佳方式在于一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装 置包括外部件，该外部件在其外周上形成有待安装到车辆的悬架装置 上的车体安装凸缘，并在其内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该 内部件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端具有一体形成的车轮安装凸 缘，所述毂轮在其外周上形成有与所述双列外滚道表面中的一个外滚道 表面相对布置的一个内滚道表面、以及从所述内滚道表面经由轴状部轴 向延伸的柱形部，所述内圈适于以预定过盈装配到所述毂轮的柱形部上， 并在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面中的另一个外滚道表 面相对布置的另一个内滚道表面；以及双列滚动元件，所述双列滚动元 件可自由滚动地容纳在所述外部件和所述内部件各自的外滚道表面和内 滚道表面之间；通过使所述毂轮的柱形部的端部径向向外塑性变形而形 成敛缝部，通过该敛缝部在施加有预定的轴承预载的情况下将所述内圈 轴向固定在所述毂轮上；其特征在于双列锥形滚子的内侧锥形滚子的 节圆直径设为小于外侧锥形滚子的节圆直径；在所述毂轮的外侧端部处 形成有大致锥形的凹部，该凹部的深度超过所述毂轮的内滚道表面的底 部延伸到所述轴状部附近；并且所述毂轮的所述内滚道表面的大直径侧 所在的壁的厚度tl设为大于所述毂轮的所述内滚道表面的中央部分所在 的壁的厚度t2，并且所述厚度tl和所述毂轮的与所述厚度tl所在的位 置相同的位置处的外周的直径dl设为具有关系0.2^tl/dlS0.3。


结合附图从以下描述和所附权利要求将明白本发明的附加优点和特 征，在附图中
图1是表示本发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向剖视
图2是仅表示图1的毂轮的纵向剖视图3 (a)是图1的局部放大图，图3 (b)是类似于图3 (a)的局 部放大图，表示在敛缝过程之前的状态；
图4 (a)是表示本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向剖
ii视图，图4 (b)是图4 (a)的局部放大图5 (a)是表示同时研磨毂轮角部的方法的说明图，图5 (b)表示 图5 (a)的方法，其中已预先对角部进行切削；
图6是表示外部件组装到图4的毂轮上的组装状态的说明图7是表示本发明的车轮用轴承装置的第三实施方式的纵向剖视
图8 (a)是图7的角部B的局部放大图，图8 (b)是图7的角部C 的局部放大图9 (a)是图7的局部放大图，图9 (b)是类似于图9 (a)的局 部放大图，表示在敛缝过程之前的状态；
图10是表示本发明的车轮用轴承装置的第四实施方式的纵向剖视 图；以及
图11是表示现有技术的车轮用轴承装置的纵向剖视图。
具体实施方式
第一实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图1是表示本 发明的车轮用轴承装置的第一实施方式的纵向剖视图，图2是仅表示图1 的毂轮的纵向剖视图，图3 (a)是图l的局部放大图，图3 (b)是类似 于图3 (a)的局部放大图，表示在敛缝过程之前的状态。在以下描述中， 术语装置的"外侧"(图中的左手侧)是指当轴承装置安装在车体上时位 于车体外侧的那一侧，而术语装置的"内侧"(图中的右手侧)是指当轴 承装置安装在车体上时位于车体内侧的那一侧。
图1所示的本发明的车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代型，并 包括内部件1、外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件1与外部件2之 间的双列锥形滚子3、 4。内部件1包括毂轮5和以预定过盈压配合到毂 轮5上的内圈6。
毂轮5 —体形成有在其一端的车轮安装凸缘7;在外周上的一个 (外侧)锥形内滚道表面5a;以及柱形部5b，该柱形部从内滚道表面5a经由轴向延伸的轴状部8延伸。应注意，在毂轮5的内滚道表面5a的大 直径侧上未形成用于引导锥形滚子3的任何传统大凸缘，相反如后面将 描述的，在外部件2上形成大凸缘14。另外，在内滚道表面5a的小直径 侧上未形成用于保持锥形滚子3的任何小凸缘，并且轴状部8从内滚道 表面5a的小直径侧以笔直的方式轴向延伸。这样能够通过使用成形砂轮 对内滚道表面5a和形成外侧密封件12 (后面将描述)的密封台部的车轮 安装凸缘7的内侧基部7c同时进行研磨，从而将它们平滑地连接，由此 可以提高毂轮5的可加工性并因而进一步抑制车轮用轴承装置重量增加。 在车轮安装凸缘7上沿车轮安装凸缘7的周边等距离地布置有毂螺 栓7a，并且在毂螺栓7a之间形成有圆形孔7b。这些圆形孔7b不仅有助 于减轻轴承装置的重量，而且有助于供用于组装和拆卸轴承装置的任何 紧固工具通过。
内圈6在其外周上形成有具有锥形截面的另一 (内侧)内滚道表面 6a。在内滚道表面6a的大直径侧形成有用于引导锥形滚子4的大凸缘6b， 并且在内滚道表面6a的小直径侧形成有用于防止锥形滚子4从内滚道表 面6a掉出的小凸缘6c。以预定过盈将内圈6压配合在毂轮5的柱形部 5b上，并通过使柱形部5b的端部塑性变形而形成敛缝部9，通过敛缝部 9在施加预定预载的情况下将内圈6轴向固定于柱形部5b上。因而，可 以减小轴承装置的重量和尺寸，并形成用于长期保持初设预载的自保持 结构。
毂轮5由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制 成，并且通过高频感应淬火被硬化为使得从车轮安装凸缘7的内侧基部 7c (外侧密封件12与其接触)经由内滚道表面5a和轴状部8到柱形部 5b的区域具有表面硬度为58 64 HRC的硬化层16 (由交叉影线示出)。 敛缝部9保持为其锻造后的表面硬度。因而，毂轮5对于施加于车轮安 装凸缘7的旋转弯曲负载具有足够的机械强度，并且可以提高柱形部5b 在被内圈6压配合的区域处的耐磨强度，而且也可以在没有任何微裂纹 的情况下进行敛缝部9的塑性变形作业。内圈6和锥形滚子3、 4由例如 SUJ2的高碳铬钢制成，并通过浸入淬火硬化至其芯部而具有58 64 HRC
13的表面硬度。
外部件2在其外周上一体形成有待安装到车辆的转向节(未示出) 上的车体安装凸缘2C，并在其内周上一体形成有与毂轮5的内滚道表面
5a相对的外侧锥形外滚道表面2a、和与内圈6的内滚道表面6a相对的内 侧锥形外滚道表面2b。在该实施方式中，外部件2形成有用于引导外侧 锥形滚子3的大凸缘14。也就是说，外部件2的外侧外滚道表面2a的外 直径侧一体形成有用于引导锥形滚子3的大凸缘14。这样即使有大的转 矩负载施加于车轮安装凸缘，也可以减少通过锥形滚子加载的毂轮的应 力集中并由此减少毂轮的疲劳，从而确保车轮用轴承装置的强度和耐用 性。
外部件2由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C) 制成，并且双列外滚道表面2a、2b通过高频感应淬火而被硬化为具有58 64HRC的表面硬度。多个锥形滚子3、 4通过保持架10、 ll可自由滚动 地容纳在滚道表面2a、 5a; 2b、 6a之间。在形成于外部件2与内部件1 之间的环形开口内安装有密封件12和盖(未示出)，以防止容纳在轴承 内的油脂泄漏并防止雨水和灰尘从外部进入轴承内。如果在通过车体安 装凸缘2c将车轮用轴承装置紧固到形成车辆悬架装置的转向节上时，轴 承装置的内侧开口与外周连通，则在该开口内可安装具有磁性编码器的 密封件以使其闭合，从而防止雨水和灰尘从外部进入轴承内。
在该实施方式中，内侧锥形滚子4的节圆直径PCDi设为小于外侧锥 形滚子3的节圆直径PCDo。这样可以使外部件2的内侧外径D较小。 另外，使用双列锥形滚子3、 4作为滚动元件可以增加各列滚动元件的基 本额定负载，以延长车轮用轴承装置的寿命。
在该实施方式中，在毂轮5的轴状部8与内圈6所抵靠的肩部Sa之 间的台阶部中形成有倒角部8b。通过在毂轮5的外侧端上进行锻造而形 成大致锥形凹部15，并且凹部15的深度超过内滚道表面5a的底部和轴 状部8而延伸到倒角部8b附近的位置。也就是说，由于在向车轮安装凸 缘7施加任何转矩负载时毂轮5在外侧内滚道表面5a周围变形，因此申 请人着眼于毂轮5在比内滚道表面5a更靠外侧的区域处的厚度。如图2所示，车轮安装凸缘7的内侧基部7C形成为具有预定曲率半
径的圆弧形截面，并且从基部7c平滑连续的内滚道表面5a的大直径侧 处的厚度tl形成为比内滚道表面5a中心处的厚度t2大的厚度。作为基 于相应位置的直径dl、 d2对毂轮5的刚性进行有限元(FEM)分析的结 果，将厚度tl 、t2设为使它们分别满足范围0.2 Stl/dl g 0.3并且0.2 ^ t2/d2 ^0.3，并且它们的厚度是硬化层16中的硬化层的有效深度的两倍以上。 当内滚道表面5a的大直径侧的厚度tl和中心部的厚度t2比相应位置的 直径dl、 (12的20%小时，这些位置处的变形变大，由此不能获得期望的 刚性。另一方面，尽管当形成为厚度超过30%时，其刚性也不能显著地 增大，仅增加了轴承装置的重量。当厚度tl、 t2满足上述限定的范围时， 可以防止因高频淬火产生裂纹，并且在对应于使用条件保持毂轮5的强 度和刚性的情况下实现车轮用轴承装置重量的减轻。将硬化层的有效深 度设定为具有2 5mm的范围(约3.5mm)。
而且在该实施方式中，如图3 (a)的放大图所示，在内圈6的大端 面6e的内径端的角部上形成有倒角部6f。倒角部6f的曲率半径rl设在 1.0 2.5mm的范围内。当曲率半径rl小于l.Omm时，有可能会在敛缝 部9的根部导致应力集中，由此在其中会导致诸如微裂纹的损坏。另一 方面，当曲率半径rl超过2.5mm时，当在敛缝过程中使伸出的柱形部 17 (图3 (a)中用双点划线表示)塑性变形时内圈6会径向向外扩张， 由此会在内圈6的外周上导致过大的圆周应力。
在图3 (a)所示的敛缝之前，柱形部17的底面17a形成为从内圈6 的大端面6e具有预定深度"a"。另外，在柱形部17的外周周围形成有 具有深度"b"的环形槽(底切槽)18。环形槽18在其相对两端设有分 别具有曲率半径Ro、 Ri的圆弧表面18a、 18b。
根据申请人所进行的敛缝试验，发现在柱形部17的底面17a的0 5mm的深度"a"范围内，深度"a"越大，则在内圈6的外周上引起的 圆周应力就越小。还发现在"a" <5mm时效果较差，不能观察到显著的 应力降低。另一方面，如果深度"a"超过5mm，则不仅由于缺少内圈挤 压力而不能获得预定的内圈紧固力，而且也导致毂轮5的强度和刚性降
15低。
环形槽18的深度"b"设在0.5 1.0mm的范围内，并且环形槽18 的内侧圆弧表面18b的曲率半径Ri设在l 10mm的范围内。曲率半径 Ri设为大于内圈6的倒角部6f的曲率半径d，小于外侧圆弧表面18a的 曲率半径Ro (rlSRi^Ro)。但是，当环形槽18的深度"b"小于0.5mm 时，其效果不足；另一方面，当该深度超过l.Omm时，敛缝部9的强度 将降低。在伸出的柱形部17的外周上设置这样的环形槽18，可以使伸出 的柱形部17在敛缝过程中易于变形，由此使得可以抑制内圈6的变形。 因而，可以防止因敛缝过程使内圈6的大凸缘6b变形(下落)。这样也 可以防止大凸缘6b与锥形滚子4之间的接触状态变差，由此确保了车轮 用轴承装置的期望寿命。
内圈6的内滚道表面6a的大直径端(大凸缘6b的高度)形成为从 大端面6e轴向离开5mm以上。环形槽18定位在与内滚道表面6a的大 直径端相对应的位置的内侧，并形成为使其从内圈6的大端面6e略微延 伸超过倒角部6f。环形槽18的宽度越大，圆周应力就越小。但是，具有 太大宽度的环形槽18不但降低了内圈6的挤压量并由此降低了内圈紧固 力，而且还降低了毂轮5的强度和刚性。另外，由于形成在毂轮5周围 的硬化层16延伸到包括环形槽18在内的区域，因此可以提高柱形部5b 的伸出的柱形部17的可加工性，并由此防止因塑性变形而产生裂纹，从 而抑制因敛缝过程导致毂轮5变形。
在具有这样结构的车轮用轴承装置中，外侧锥形滚子3的节圆直径 PCDo大于内侧锥形滚子4的节圆直径PCDi并由此外侧锥形滚子3的数 量大于内侧锥形滚子4的数量，从而提高了外侧部的轴承刚性。在毂轮5 的外侧端部中形成有凹部15。根据该实施方式，由于毂轮5的外侧端壁 形成为具有对应于凹部15的大致恒定的厚度，在内滚道表面5a的部分 中的壁厚tl、 t2设在预定范围内，并且通过高频淬火形成在毂轮5周边 周围的硬化层16形成在预定区域内，因此可以提供这样一种车轮用轴承 装置，该车轮用轴承装置可同时解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸 与增大其刚性和强度相矛盾的问题。第二实施方式
图4 (a)是表示本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向剖
视图，图4 (b)是图4 (a)的局部放大图；图5 (a)是表示同时研磨毂 轮角部的方法的说明图；图5 (b)表示图5 (a)的方法，其中已预先对 角部进行切削；并且图6是表示外部件组装到图4的毂轮上的组装状态 的说明图。由于该实施方式与第一实施方式的根本不同之处在于毂轮的 局部结构，因此在该实施方式中也使用与第一实施方式中所用相同的附 图标记来表示相同的部件。
该实施方式的车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代型，并包括内 部件19、外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件19与外部件2之间的 双列锥形滚子3、 4。内部件19包括毂轮20和以预定过盈压配合到毂轮 20上的内圈6。
毂轮20—体形成有在其一端的车轮安装凸缘7;在外周上的一个 (外侧)锥形内滚道表面5a;以及柱形部5b，该柱形部从内滚道表面5a 经由轴向延伸的轴状部8延伸。在轴状部8与内圈6所抵靠的肩部8a之 间形成有台阶部8c。通过在毂轮20的外侧端上进行锻造而形成大致锥形 的凹部15，凹部15的深度超过轴状部8而延伸至台阶部8c附近的位置， 从而使毂轮20的外侧壁厚大致均匀。
毂轮20由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制 成，并且通过高频感应淬火被硬化为使得从车轮安装凸缘7的内侧基部 7c (外侧密封件12与其接触)经由内滚道表面5a和轴状部8到柱形部 5b的区域具有表面硬度为58 64HRC的硬化层16。
在该实施方式中，轴状部8与台阶部8c之间的角部A形成为具有圆 弧形截面的平滑倒角部，如图4 (b)的放大图所示。也就是说，该倒角 部具有0.5 5mm的轴向尺寸La和径向尺寸Lr以及1.0 10mm的角半 径，以具有平滑连接(过渡)部。
图5是表示毂轮20的研磨方法的说明图。如图5 (a)所示，轴状部 8的角部A可以在热处理之后与圆弧形截面的基部7c和内滚道表面5a 一起通过成形砂轮21同时进行研磨，或者如图5 (b)所示，可以例如通
17过刀头对角部A进行切削，然后可以通过成形砂轮22仅对基部7c和内 滚道表面5a同时进行研磨。在这种情况下，角部A的表面粗糙度被限制 为6.3Ra以下。"Ra"是日本工业标准(JIS B 0601-1994)的粗糙度形状 参数之一，其表示粗糙度的算术平均值，即绝对值与平均线的偏差的平 均值。这样即使在组装毂轮20期间锥形滚子3会与角部A接触，也可以 防止在锥形滚子3的表面上转印或产生刮痕损伤，由此防止由于锥形滚 子上的损伤产生噪音，从而延长车轮用轴承装置的寿命。
图6表示用于组装毂轮20的方法。在该实施方式的车轮用轴承装置 中，由于在外部件2上形成有用于引导外侧锥形滚子3的大凸缘14，因 此釆用如下的组装方法将密封件12和保持在保持架10中的锥形滚子3 预先组装到外部件2中，然后如箭头所示将毂轮20插入外部件2中。在 这期间，由于至少位于径向上部位置的锥形滚子3通过其自重而保持在 悬挂状态，因此可以在锥形滚子3与角部A接触的情况下组装毂轮20。 根据该实施方式，由于角部A形成为具有圆弧形截面的平滑倒角部，因 此尽管角部A的表面转印在锥形滚子3的表面上，锥形滚子3也不会严 重受损。
在具有该结构的车轮用轴承装置中，由于毂轮20的外侧端壁具有大 致均匀的厚度，对应于内滚道表面5a的部分的厚度tl、 t2设在预定范围 内，并且毂轮20的角部A形成为平滑倒角部，因此可以同时实现减小车 轮用轴承装置的重量和尺寸并增大其刚性，并防止在组装轴承装置期间 在锥形滚子上产生损失从而延长其寿命。
第三实施方式
图7是表示本发明的车轮用轴承装置的第三实施方式的纵向剖视 图；图8 (a)是图7的角部B的局部放大图，图8 (b)是图7的角部C 的局部放大图；图9 (a)是图7的局部放大图，并且图9 (b)是类似于 图9 (a)的局部放大图，表示在敛缝过程之前的状态。由于该实施方式 与第一实施方式(图1)的部分区别之处基本上在于毂轮、外部件和内圈 的结构，因此在该实施方式中也使用与第一实施方式中所用相同的附图 标记来表示相同的部件。该实施方式的车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代型，并包括内
部件23、外部件24以及可自由滚动地容纳在内部件23与外部件24之间 的双列锥形滚子3、 4。内部件23包括毂轮25和以预定过盈压配合到毂 轮25上的内圈26。
毂轮25—体形成有在外周上的一个(外侧)锥形内滚道表面25a; 以及柱形部5b，该柱形部从内滚道表面25a经由轴向延伸的轴状部8延 伸。大凸缘25b—体形成在毂轮25的内滚道表面25a的大直径侧上，以 与锥形滚子3的大直径端面接触并引导锥形滚子3。另外，在内滚道表面 25a的小直径侧上未形成用于保持锥形滚子3的任何小凸缘，并且轴状部 8从内滚道表面25a的小直径侧以笔直方式轴向延伸。
外部件24在其内周上一体形成有与毂轮25的内滚道表面25a相对 布置的外侧锥形外滚道表面24a，以及与内圈26的内滚道表面6a相对布 置的内侧锥形外滚道表面2b。外部件24由碳含量按重量计为0.40 0.80 %的中碳钢(例如S53C)制成，并且双列外滚道表面24a、 2b通过高频 感应淬火而被硬化为具有58 64 HRC的表面硬度。
与前述实施方式相似，在该实施方式中，也将内侧锥形滚子4的节 圆直径PCDi设为小于外侧锥形滚子3的节圆直径PCDo，并将内侧锥形 滚子4的直径设为小于外侧锥形滚子3的直径。这样可以减小车轮用轴 承装置的重量和尺寸，增大各列滚动元件的基本额定负载，以增大滚动 元件列的刚性。
如图8 (a)的放大图所示，轴状部8与倒角部8b之间的角部B被 平滑地倒圆。另外，如图8 (b)所示，大凸缘25b的角部C形成为具有 预定的倒角构造并具有角半径为R的尺寸。也就是说，角部C形成为具 有0.15 0.8mm的轴向倒角尺寸La和径向尺寸Lr、以及0.15 2.0mm的 角半径R，从而具有平滑过渡部。
这些角部B、 C可以例如通过车削被预先切削出，或者在热处理之 后与基部7c和内滚道表面25a —起通过成形砂轮同时进行研磨。通过同 时研磨可以进一步平滑地形成过渡部，从而改善其表面粗糙度。
在具有该结构的车轮用轴承装置中，由于毂轮25的外侧端具有大致均匀的壁厚，内滚道表面25a的厚度tl、 t2设在预定范围内，并且毂轮 25的角部B、 C被平滑地倒圆，因此可以提供这样一种车轮用轴承装置， 该车轮用轴承装置可同时解决减小车轮用轴承装置的重量和尺寸与增大 其刚性和强度相矛盾的问题，可以防止在轴承装置的组装期间在锥形滚 子3上产生损伤，并可改善大凸缘25b与锥形滚子3之间的接触状态从 而延长轴承装置的寿命。
另外在该实施方式中，内圈26在其外周上形成有锥形内滚道表面 6a，并且内滚道表面6a在其大直径侧形成有用于引导锥形滚子4的大凸 缘6b，并在其小直径侧形成有用于防止锥形滚子4脱出的小凸缘6c。内 圈26以预定过盈压配合到毂轮25的柱形部5b上，并通过使柱形部5b 的端部塑性变形而形成敛缝部9，通过该敛缝部9在施加有预定轴承预载 的情况下将内圈26轴向固定。内圈26由例如SUJ2的高碳铬钢制成，并 通过浸入淬火硬化至其芯部而具有58 64 HRC的表面硬度。
如图9 (a)所示，内圈26的内滚道表面6a的大直径端形成在从大 端面6e轴向离开5mm以上的位置处，并且小直径部27形成在从内圈26 的大凸缘6b的装配有磁编码器13的外周6d以预定台阶5径向向内的位 置处。这样尽管在敛缝过程中内圈会径向向外扩张，也可以降低在大凸 缘6b的外周6d上产生的圆周应力，并抑制大凸缘6b的变形，由此保持 大凸缘6b与锥形滚子4之间良好的接触状态。
如图9 (b)所示，在敛缝之前柱形部5b的端部形成为中空柱形部 17，并且内圈26的内周表面6g (由双点划线所示)形成为朝向内侧径向 变小的锥形表面。由此，柱形部5b与内圈26之间的干涉朝向内侧逐渐 增加，由此敛缝部9 (由双点划线所示)的内圈紧固力增大以抑制柱形部 5b的变形。因而，除了在内圈26上设置台阶部5之外还可以增大内圈紧 固力，降低圆周应力，并抑制大凸缘6b产生变形(下落)。尽管这里显 示在内周表面上形成锥形面，但是锥形面也可以形成在柱形部的外周表 面上。
第四实施方式
图10是表示本发明的车轮用轴承装置的第四实施方式的纵向剖视
20图。由于该实施方式与第三实施方式(图7)的部分区别之处基本上在于 毂轮、外部件和滚动元件的结构，因此在该实施方式中也使用与第三实 施方式中所用相同的附图标记来表示相同的部件。
该实施方式的车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代型，并包括内
部件28、外部件29、以及可自由滚动地容纳在内部件28与外部件29之 间的双列滚珠30和锥形滚子4。内部件28包括毂轮31和以预定过盈压 配合到毂轮31上的内圈26。
毂轮31—体形成有在其一端的车轮安装凸缘7;在外周上的一个 (外侧)圆弧形内滚道表面31a;以及柱形部5b，该柱形部从内滚道表 面3la经由轴向延伸的轴状部8延伸。毂轮31由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制成，并且通过高频感应淬火被硬化为使 得从车轮安装凸缘7的内侧基部7c经由内滚道表面31a和轴状部8到柱 形部5b的区域具有表面硬度为58 64HRC的硬化层32 (由交叉影线所 示)。因而，毂轮31对于施加于车轮安装凸缘7的旋转弯曲负载具有足 够的机械强度，并且可以提高柱形部5b在被内圈26压配合的区域处的 耐磨强度。滚珠30由例如SUJ2的高碳铬钢制成，并通过浸入淬火硬化 至其芯部而具有58 64 HRC的表面硬度。
外部件29在其外周上一体形成有车体安装凸缘2c,并在其内周上一 体形成有与毂轮31的内滚道表面31 a相对的外侧圆弧形外滚道表面29a、 和与内圈26的内滚道表面6a相对的内侧锥形外滚道表面2b。外部件29 由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制成，并且双 列外滚道表面29a、 2b通过高频感应淬火而被硬化为具有58 64 HRC的 表面硬度。多个滚珠30和锥形滚子4通过保持架33、 ll可自由滚动地 容纳在滚道表面29a、 31a和2b、 6a之间。
在该实施方式中，内侧锥形滚子4的节圆直径PCDi设为小于外侧滚 珠30的节圆直径PCDo。这样可以使外部件29的内侧外径D较小。使 用锥形滚子4作为内侧滚动元件可以在不降低内侧列滚动元件的基本额 定负载的情况下使转向节的尺寸较小，并且在减小车轮用轴承装置的重 量和尺寸的情况下增大内侧滚动元件列的刚性。车轮安装凸缘7的基部7C形成为具有预定曲率半径的圆弧形截面的
表面，并且将基部7c的最小壁厚t3设定为使其壁厚为硬化层32的有效 深度的两倍以上。作为毂轮31的刚性的FEM分析结果，设定为使得基 部7c的厚度t3与在其相应位置处的直径d3之间的关系满足范围 t3/d3^0.3，并且厚度t3具有为硬化层32的有效深度的两倍以上的厚度。
此外，将沿滚珠30抵靠毂轮31的内滚道表面31a的接触角cx的壁 厚t4与直径(滚珠接触直径)d4之间的关系设定为使其在0.2St4/d4S 0.3的范围内，并且为硬化层32的有效深度的两倍以上。发现在因为导 致过大变形使得基部7c和内滚道表面31a的壁厚t3、 t4比对应部分的直 径d3、 d4的20。/。小时，不能获得期望的刚性。另一方面，壁厚超过30% 不但不能实现期望的刚性提高，而且毂轮的重量显著增加。硬化层的有 效深度设定为具有2 5mm的范围(约3.5mm)。这样可以防止因高频淬 火产生裂纹，并在对应于使用条件保持毂轮31的强度和刚性的情况下实 现车轮用轴承装置的重量的减轻。
已参考优选实施方式描述了本发明。显然，在阅读并理解了前面的 详细描述之后，本领域普通技术人员将想到多种修改和替代。本发明应 理解为包括所有这样的修改和替代，只要它们落在所附权利要求或其等 同物的范围内即可。
工业实用性
本发明的车轮用轴承装置可应用于从动轮所用的第三代型车轮用轴 承装置。
2权利要求
1、一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括外部件，该外部件在其外周上形成有待安装到车辆的悬架装置上的车体安装凸缘，并在其内周上形成有双列外滚道表面；内部件，该内部件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端具有一体形成的车轮安装凸缘，所述毂轮在其外周上形成有与所述双列外滚道表面中的一个外滚道表面相对布置的一个内滚道表面、以及从所述内滚道表面经由轴状部轴向延伸的柱形部，所述内圈适于以预定过盈装配到所述毂轮的柱形部上，并在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面中的另一个外滚道表面相对布置的另一个内滚道表面；以及双列滚动元件，所述双列滚动元件可自由滚动地容纳在所述外部件和所述内部件各自的外滚道表面和内滚道表面之间，其特征在于所述双列滚动元件的至少内侧滚动元件是锥形滚子，并且内侧滚动元件的节圆直径设为小于外侧滚动元件的节圆直径；在所述毂轮的外侧端部处形成有大致锥形的凹部，该凹部的深度超过所述毂轮的内滚道表面的底部延伸到所述轴状部附近；并且所述毂轮的形成所述内滚道表面处的部分的厚度设在预定范围内，并且所述毂轮的外侧壁形成为沿所述凹部的内表面具有大致恒定的厚度。
2、 根据权利要求l所述的车轮用轴承装置，其中，在从所述毂轮的 车轮安装凸缘的内侧基部到所述柱形部的区域中，通过高频感应淬火连 续地形成预定的硬化层，并且其中所述毂轮的形成所述内滚道表面处的 壁厚设定为大于所述硬化层的有效深度的两倍。
3、 根据权利要求1或2所述的车轮用轴承装置，其中，所述外侧滚动元件是锥形滚子，其中所述毂轮的所述内滚道表面的大直径侧所在的 壁的厚度tl设为大于所述毂轮的所述内滚道表面的中央部分所在的壁的 厚度t2，并且其中所述厚度tl和所述毂轮的与所述厚度tl所在的位置 相同的位置处的外周的直径dl设为具有关系0.2Stl/dl $0.3。
4、 根据权利要求3所述的车轮用轴承装置，其中，所述毂轮的所述内滚道表面的中央部分所在的壁的所述厚度t2和所述毂轮的与所述厚度 t2所在的位置相同的位置处的外周的直径d2设为具有关系0.2^t2/d2S 0.3。
5、 根据权利要求3或4所述的车轮用轴承装置，其中，在所述毂轮 的所述内滚道表面的大直径侧上未形成有任何用于引导所述锥形滚子的 大凸缘，并且其中所述大凸缘形成在所述外部件的外滚道表面的大直径 侧上。
6、 根据权利要求3至5中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，各 内侧滚动元件的直径小于各外侧滚动元件的直径。
7、 根据权利要求1或2所述的车轮用轴承装置，其中，所述外侧滚 动元件是滚珠，并且其中所述毂轮的内滚道表面的壁厚设定为具有在相 同位置处所述毂轮的7外周的0. 2 0. 3倍的范围。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所 述毂轮的周边的角部具有预定圆弧形截面的表面，并且该角部的过渡部 平滑地形成。
9、 根据权利要求8所述的车轮用轴承装置，其中，所述角部在热处 理之后与所述内滚道表面一起通过成形砂轮同时进行研磨。
10、 根据权利要求1至9中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 通过使所述毂轮的柱形部的端部径向向外塑性变形而形成敛缝部，通过 该敛缝部在施加有预定轴承预载的情况下将所述内圈轴向固定在所述毂 轮上。
11、 根据权利要求10所述的车轮用轴承装置，其中，在从所述车轮 安装凸缘的内侧基部经由所述内滚道表面和所述轴状部到所述柱形部的 敛缝部附近的部分这样的区域中，通过高频感应淬火连续地形成预定的 硬化层。
12、 根据权利要求10或11所述的车轮用轴承装置，其中，所述硬 化层的内侧端位置设在从与所述内圈的内滚道表面的大直径端相对应的 位置到所述敛缝部附近的位置这样的区域中。
13、 根据权利要求10至12中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 在敛缝之前所述柱形部的端部形成为中空柱形部，其中所述中空柱形部的周边形成有具有0. 5 1. 0mra深度的环形槽，其中所述环形槽位于与所 述内滚道表面的大直径端相对应的位置的更内侧，并延伸成从所述内圈 的倒角部延伸超过该内圈的大直径端面，并且其中所述硬化层延伸到所 述环形槽。
14、 根据权利要求10至13中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 所述内圈的内滚道表面的大直径端形成在从所述内圈的大端面离开大于 5mm的位置处。
15、 根据权利要求10至14中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 所述内圈在其外周上形成有锥形内滚道表面，并在所述内滚道表面的大 直径侧形成有用于引导所述锥形滚子的大凸缘，并且其中所述内圈在其 内侧以预定台阶形成有小直径部。
16、 根据权利要求15所述的车轮用轴承装置，其中，所述内圈与所 述柱形部之间的干涉朝向所述内侧逐渐增大。
全文摘要
[问题]一种车轮用轴承装置，其同时解决减小装置的重量和尺寸与增大装置的刚性相矛盾的问题。[解决问题的手段]该轴承装置为第三代结构的自保持类型，并具有双列锥形滚子轴承。双列锥形滚子(3，4)的内侧锥形滚子(4)的节圆直径PCDi设定为小于外侧锥形滚子(3)的节圆直径PCDo。在毂轮(5)的外侧端形成钵状凹部(15)，该凹部(15)的深度超过毂轮(5)的内滚道表面(5a)的凹槽的底部，到达毂轮(5)的轴状部(8)附近。内滚道表面(5a)的大直径侧的壁厚t1设定为大于内滚道表面(5a)中央的壁厚t2。厚度t1与具有该厚度的部分处的直径d1之间的关系设定为满足0.2≤t1/d1≤0.3。上述构造解决了减小装置的重量和尺寸与增大装置的刚性相矛盾的问题。
文档编号F16C33/60GK101454587SQ20078001943
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月23日 优先权日2006年5月26日
发明者久保田和则, 小森和雄, 马场一宏 申请人:Ntn株式会社