车轮轴承装置的制造方法
车轮轴承装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及一种可以旋转地支撑车辆的车轮的车轮轴承装置，更具体地说，涉及一种自保持结构的车轮轴承装置，在该自保持结构中，内圈经由毂轮的摆动铆合而紧固在毂轮上，并且旨在抑制因铆合加工在内圈上引起的环向应力以及减小轴承摩擦。
【背景技术】
[0002]有两种车辆(诸如机动车等)的车轮轴承装置用于驱动轮和从动轮。尤其在用于相对于机动车的悬架装置旋转地支撑车轮的车轮轴承装置中，已经大大降低了车轮轴承装置的制造成本、重量和尺寸。图8中示出了用于现有技术的从动轮的车轮轴承装置的一个代表性示例。
[0003]车轮轴承装置50是用于从动轮的第三代类型，并且包括内部构件51、外部构件60和容纳在内部构件51与外部构件60之间的多个滚珠56、56。内部构件51包括毂轮52和压配合到毂轮52上的内圈53。
[0004]毂轮52 —体形成有车轮安装法兰54，该车轮安装法兰54用于在其一端上安装车轮(未示出)，并且螺栓孔55形成在车轮安装法兰54中，用于沿着车轮安装法兰54的周边等距离地容纳毂螺栓(未示出)。毂轮52在其外周上一体形成有一个内滚道面52a并且具有从内滚道面52a经过阶状部61轴向延伸的圆筒部52b。内圈53压配合到圆筒部52b上，内圈53在其外周上形成有另一个内滚道面53a。
[0005]铆合部52c通过在内圈53的较小端面53c紧靠阶状部61的状态下使圆筒部52b的端部向外径向塑性变形而形成。即，内圈53在内圈53被夹持在毂轮52的铆合部52c与阶状部61之间的状态下相对于毂轮52紧固。因为铆合部52c塑性变形从而紧密接触在内圈53的更大端面53b上，所以可以可靠地保持用于使内圈53挤压毂轮52的阶状部61的期望轴向力。
[0006]外部构件60在其外周上具有一体形成的车体安装法兰(未示出)，并且在其内周上形成有双列外滚道面60a、60a。双列滚珠56、56容纳在外滚道面60a、60a与内滚道面52a、53a之间所形成的空间中，并且被保持架57、57以可滚动的方式保持。密封件58、59安装在外部构件60的端部上，以防止密封在轴承内的润滑油脂泄露以及防止雨水或尘土从外部进入到轴承中。
[0007]毂轮52由包括0.40重量％-0.80重量％的碳的中高碳钢(诸如S53C等)制成，并且在包括内滚道面52a、接触密封件58的密封区和圆筒部52b的区域上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。铆合部52c不被硬化，并且保持具有锻造后的小于25HRC的表面硬度。内圈53由诸如SUJ2等的高碳铬钢形成，并且被浸渍硬化到它们的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0008]类似于毂轮52，外部构件60由包括0.40重量％-0.80重量％的中高碳钢(诸如S53C)形成，并且形成有双列外滚道面60a、60a，它们由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0009]如图9的放大图所示，环形凹部62形成在内圈53的内周上。凹部62形成在内圈53的内滚道面53a的轴向宽度的大致整个范围中。凹部62具有圆弧形纵截面，该圆弧形纵截面在其轴向中心位置处具有最大深度。
[0010]在内圈53的内周上设置凹部62使得可以使在将内圈53压配合到毂轮52上的压配合加工期间引起的径向张力不施加于内圈53的外周上的内滚道面53a，并且由此抑制内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力增大。另外，凹部62还可以缓和通过对铆合部52c进行铆合而在内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力的增大。因此，可以抑制在将毂轮52压配合到圆筒部52b上期间在内滚道面53a上引起的环向应力增大，而不增加内圈53的径向尺寸和宽度尺寸(参见下面的专利文献1)。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:JP 2008-19899A
【发明内容】
[0014]本发明所要解决的问题
[0015]虽然现有技术的车轮轴承装置50可以抑制通过将内圈53压配合到毂轮52上并且对铆合部52c进行铆合而在内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力，但是目前需要铆合型车轮轴承装置应当通过抑制环向应力而在内圈53的耐用性方面得以提高，并且除了减小重量和尺寸之外在减小轴承的摩擦方面得以提高，以便改善燃油消耗。
[0016]已经认为，对于减小轴承的摩擦来说有效的是，减小铆合之后的轴承间隙，更具体地减小负间隙范围。重要的是，检查轴承规格，在所述轴承规格中考虑了抑制环向应力和减小摩擦。
[0017]已知存在图10中示意性示出的轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系。即，考虑可以通过抑制负间隙的变化(铆合之后的间隙是难处理的)来实现摩擦的减小，这是因为可以抑制阴影部。
[0018]因此，本发明的目的是提供一种可以抑制由铆合加工引起的内圈的环向应力并通过抑制铆合之后的间隙范围来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0019]用于解决问题的方案
[0020]为了实现上述目的，根据权利要求1的本发明，提供了一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上一体形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上一体形成有与所述双列外滚道面中的一个外滚道面相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上对应地形成有与所述双列外滚道面中的另一个外滚道面相对的所述另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述双列外滚道面之间；以及所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，其特征在于，所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内。
[0021]根据“第三代”类型(内圈由通过径向向外塑性变形毂轮的圆筒部的端部而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在毂轮上)的权利要求1的本发明的车轮轴承装置，因为车轮轴承装置的特征在于:内圈的较小端面的厚度大于毂轮的阶状部的高度；并且内圈的较小端面的轴向位置被设置在双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与内圈的内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0022]优选地，如权利要求2中限定的，通过将内圈的较小端面的面积的无量纲值除以内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大。可以抑制由铆合加工引起的环向应力和铆合之后轴承间隙的变动这两者，由此进一步减小轴承摩擦。
[0023]还优选地，如权利要求3中限定的，凹部形成在所述毂轮的内侧端上，所述凹部的深度延伸到所述毂轮的所述阶状部的轴向位置，并且所述圆筒部具有圆形横截面。可以减小毂轮的重量并且在抑制铆合加工期间内圈的膨胀的情况下减小内圈上引起的环向应力。
[0024]优选的是，如权利要求4中限定的，具有矩形纵截面的垫圈布置在所述毂轮的所述圆筒部上，使得在所述内圈和所述垫圈夹持在所述铆合部与所述毂轮的所述阶状部之间的状态下，所述内圈被紧固在所述毂轮上。可以减小变形因此减小内圈的环向应力而提高内圈的耐用性并且将轴承预载荷保持为合适值。
[0025]优选地，如权利要求5中限定的，所述双列滚动元件的内侧滚动元件的节圆直径大于所述双列滚动元件的外侧滚动元件的节圆直径，各个双列滚动元件的尺寸相同，并且所述内侧滚动元件的数量大于所述外侧滚动元件的数量。与外侧部相比可以提高内侧部的轴承刚性，由此提高轴承寿命，并且还可以抑制铆合加工期间内圈的变形、防止内圈的内滚道面的真圆度的降低。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明的车轮轴承装置，因为该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上分别形成有与 所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；以及所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，所述车轮轴承装置的特征在于所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的所述内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，所以可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的车轮轴承装置的第一实施方式的纵截面图；
[0029]图2是图1的部分放大图；
[0030]图3是示出内圈的较小端面的面积与内直径的比例与内圈的推入量限制之间的关系的曲线图；
[0031]图4是示意性示出内圈的图；
[0032]图5是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图；
[0033]图6是本发明的车轮轴承装置的第二实施方式的纵截面图；
[0034]图7是本发明的车轮轴承装置的第三实施方式的纵截面图；
[0035]图8是现有技术的车轮轴承装置的纵截面图；
[0036]图9是图8的部分放大图；以及
[0037]图10是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0038]用于实现本发明的优选方式是一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上对应地形成有与所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；密封件，所述密封件安装在所述外部构件与所述内部构件之间所形成的环形开口中；以及所述内圈，该内圈经由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部在预定轴承预紧状态下轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，所述车轮轴承装置的特征在于:所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；通过将所述内圈的所述较小端面的面积的无量纲值除以所述内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，所以可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0039]第一实施方式
[0040]将参照附图描述本发明的优选实施方式。
[0041]图1是本发明的车轮轴承装置的第一实施方式的纵截面图，图2是图1的部分放大图，图3是示出内圈的较小端面的邻接面积/内直径的比例与内圈的推入量限制之间的关系的曲线图，图4是示意性示出内圈的图，并且图5是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图。在以下描述中，车轮轴承装置安装在车辆上时的外侧称为“外侦f’(附图中的左侧)，并且车轮轴承装置安装在车辆上时的内侧称为“内侧”(附图中的右侧)。
[0042]本发明的车轮轴承装置是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括内部构件1、外部构件2和以可滚动的方式容纳在内部构件1与外部构件2之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件1包括毂轮4和经由预定干涉压配合到毂轮4上的内圈5。
[0043]毂轮4在其外侧端上一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装法兰6，并且轮毂螺栓6a紧固在车轮安装法兰6上、位于车轮安装法兰6的圆周等距离位置处。另外，毂轮4在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部4b。
[0044]内圈5在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的另一个(内侧)内滚道面5a。内圈5经由预定干涉压配合到圆筒部4b上以形成背靠背双联型双列角面接触滚珠轴承，并且经由通过径向向外塑性变形圆筒部4b的端部而形成的铆合部4c轴向不可移动地紧固在毂轮4上。这使得可以减小车轮轴承装置的重量和尺寸。内圈5和滚珠3、3由高碳铬钢(诸如SUJ2等)形成，并且被浸渍硬化到它们的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0045]毂轮4由包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢(诸如S53C等)形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部4b的区域上由高频感应硬化硬化为具有58-64HRC的表面硬度，内侧基部6b形成用于密封件8的密封区部。铆合部4c不被硬化，并且保持到锻造之后的硬度。这使得可以施加足够的机械强度以防止车轮安装法兰6的旋转弯曲，提高防磨蚀特性并执行铆合部4c的铆合加工，而不产生任何微小裂缝。
[0046]外部构件2在其外周上形成有适于安装在转向节(未示出)上的车体安装法兰2b，并且还在其内周上形成有对应于内部构件1的内滚道面4a、5a的双列外滚道面2a、2a。滚珠3、3以可滚动的方式包含在这些外滚道面2a、2a和内滚道面4a、5a之间，并且由保持架7、7保持在内部。
[0047]类似于毂轮4，外部构件2由包括0.40重量％-0.80重量％的中高碳钢(诸如S53C等)形成，并且至少双列外滚道面2a、2a被高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。密封件8、9安装在外部构件2的端部与内部构件1的端部之间所形成的环形开口中，以防止密封在轴承内的润滑油脂泄露并且防止雨水或尘土从外部进入到轴承中。
[0048]外侧密封件8形成为一体密封件，该一体密封件包括经由预定接口压配合到外部构件2的外侧端中的芯金属10和经由加硫粘附而粘附到芯金属10的密封构件11。芯金属10由奥氏体不锈钢板(JIS SUS 304等)或冷轧钢板(JIS SPCC等)挤压形成为具有大致L形纵截面。
[0049]另一方面，密封构件11由合成橡胶(诸如NBR(丙烯腈-丁二烯橡胶)等)形成，并且包括:侧唇11a和防尘唇11b，侧唇11a和防尘唇lib向外径向倾斜并且经由预定轴向干涉与车轮安装法兰6的具有圆弧形截面的内侧基部6b滑动接触；和防油脂唇11c，该防油脂唇11c经由预定干涉与基部6b滑动接触。
[0050]除了 NBR之外还有形成密封构件11的材料，例如，耐热性优越的HNBR(加氢丙烯腈_ 丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯-丙烯橡胶)等以及耐化学性优越的ACM(聚羟酸橡胶)、FKM(氟橡胶)、娃橡胶等。
[0051]另一方面，内侧密封件9如图2中所示形成为包括相对排布的挡油圈12和密封板13的所谓充填密封件。挡油圈12经由冲压作业由诸如铁氧体不锈钢板(JIS SUS430等)或防腐冷轧钢板(JIS SPCC等)等的钢板形成为具有大致L形截面，该L形截面包括要被压配合到内圈5的外周5d上的圆筒部12a和从圆筒部12a向外径向延伸的直立部12b。
[0052]另一方面，密封板13包括芯金属14，该芯金属14要嵌合到外部构件2的端部；和密封构件5，该密封构件15经由加硫粘附而一体粘附到芯金属14。芯金属14由奥氏体不锈钢板或防腐冷轧钢板冲压形成为具有大致L形纵截面。
[0053]密封构件15由诸如NBR等的合成橡胶形成，并且包括:侧唇15a，该侧唇15a以倾斜方式向外径向延伸；以及二分叉防尘唇15b和防油脂唇15c，二分叉防尘唇15b和防油脂唇15c从侧唇15a向内径向定位。侧唇15a经由预定轴向接口与挡油圈12的直立部12b的外侧面滑动接触，并且防尘唇15b和防油脂唇15c经由预定径向接口与圆筒部12a滑动接触。密封构件15可以由除了 NBR之外的任意材料形成，例如，由耐热性优越的HNBR(加氢丙烯腈-丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯-丙烯橡胶)等以及耐化学性优越的ACM(聚羟酸橡胶)、FKM(氟橡胶)、硅橡胶等形成。
[0054]虽然这里示出了由使用滚珠作为滚动元件3的双列角面接触滚珠轴承形成的车轮轴承装置，但是本发明不限于这种轴承，并且可以是使用圆锥滚子作为滚动元件的双列圆锥滚子轴承。[0055]在该铆合型车轮轴承装置中，已经发现铆合之后的轴承间隙与铆合之前的轴承间隙相比由于铆合造成的内圈5的弹性变形而减小。然而，关于间隙的变动(即，间隙的变动范围)，间隙的变动通常增大。例如，当铆合之前的间隙变动是20 μ m时，铆合之后的间隙变动不会经由铆合而整体改变，并且将增大到40 μm。假定间隙变动由于内圈5的弹性变形的变动而将增大。
[0056]申请人已经注意到轴承摩擦的减小可以通过减小内圈的弹性变形的变动(即，降低内圈的弹性变形的敏感性)来抑制铆合之后的轴承间隙以来实现。
[0057]在施加预定轴承预紧的状态下，内圈5通过以下方式轴向不可移动地紧固在毂轮4的圆筒部4b上:首先将内圈5压配合到圆筒部5b上，直到使较小端面5b紧靠毂轮4的肩部16为止；然后使用铆合夹具(铆合冲头)与更大端面5c紧密接触，径向向外塑性变形圆筒部4b的端部4c’以轴向且弹性变形(压缩)内圈5并形成铆合部4c。
[0058]铆合之后轴承间隙的变动(范围)是铆合之前的初始间隙的变动和由于铆合而引起的间隙减小的变动的总和。申请人已经注意到内圈5的从内滚道面5a与滚珠3之间的接触点P(下文中称为“接触位置P”)到内圈5的外侧部的部分由于铆合会给予间隙减小的变动很大影响，由此内圈5的较小端面5b被设置为具有大厚度。
[0059]更具体地，内圈5的较小端面5b的厚度hi大于毂轮4的阶状部16的高度H (hi 3 H)，从内圈5的接触位置P到较小端面5b的距离LI被设置为小，并且内圈5的较小端面5b的面积Al对于内圈5的内直径d的比例(更具体地，通过将内圈5的较小端面5b的面积的无量纲值除以内圈5的内直径d的无量纲值而获得的值)被设置为11或更大(Al/d ^ 11)。另外，内圈5的较小端面5b的轴向位置被设置在双列滚动元件3、3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈5的内滚道面5a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内。可以通过减小铆合加工期间内圈5的弹性变形的敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动，来减小轴承摩擦。
[0060]如可以从图3所示的且由申请人验证的内圈5的较小端面5b的面积Al对于内圈5的内直径d的比例(Al/d)与内圈5的推入量限制之间的关系看出的，如果内圈5的较小端面5b的面积Al的无量纲值对于内圈5的内直径d的无量纲值的比例被设置为11或更大(Al/d ^ 11)，则内圈5的弹性变形的敏感性往往降低。即，当考虑到图4的示意性示出的内圈时，在内圈5经由铆合轴向压缩时，内圈从接触位置Pl的外侧部LI对轴承间隙的变化有大影响。
[0061]当特定负荷施加于内圈5时，内圈5的变形量可以从以下公式获得:
[0062]因为σ = ε E，所以可以表达为F/ALXE/LO，并且由此AL = (FXL0)/(AXE)
[0063]其中，σ:应力、ε:应变、Ε:杨氏模量、F:轴向力、Α:内圈的截面面积、AL:内圈的变形量以及LO:内圈的宽度。
[0064]当将其应用于图4时，与间隙减小有关的内圈5的变形可以表达为(FLl)/(AlXE)，其中，Al = {(hl+d)2- d 2} π/4。
[0065]考虑到负荷(轴向力F)是恒定的并且杨氏模量E因为使用相同材料而是相同的，所以当LI小且Al大(更小端5b的厚度大)时，可以从上述公式理解内圈5的变形将变小。即，由于铆合而引起的弹性变形的敏感性可以抑制为低。
[0066]内圈5的纵截面是大致正方形，由此内圈5的更小端5b的宽度越小，内圈的弹性变形的敏感性越低。然而，如果在内圈5的更小端5b的位置设置在与对应于内圈5的内滚道面5a的槽底位置的轴向位置相比的内部位置处，则滚珠3会在内滚道面5a的端部上滚动，并且引起噪声或疲劳烧蚀的产生。另一方面，如果将内圈的更小端5b的位置设置在双列滚动元件3、3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈5的内滚道面5a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内，则可以降低内圈5的弹性变形的敏感性，并且因减小重量和尺寸以及内圈5和毂轮4的磨削加工范围而降低制造成本。
[0067]换言之，通过完全减小变动范围(由阴影所示)(其中将变动范围减小的部分归因于铆合之后紧密间隙侧的变动减小)，可以完全减小轴承摩擦。
[0068]第二实施方式
[0069]图6是本发明的车轮轴承装置的第二实施方式的纵截面图。本实施方式与第一实施方式(图1和图2)的不同点基本上在于内侧和外侧滚动元件(滚珠)的节圆直径的差，因此相同的附图标记用于指定之前实施方式的相同的结构元件，并且将省略它们的详细描述。
[0070]第二实施方式的车轮轴承装置也是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括内部构件17、外部构件18和以可滚动的方式容纳在内部构件17与外部构件18之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件17包括毂轮19和经由预定干涉压配合到毂轮19上的内圈
20 ο
[0071]毂轮19在其外侧端上一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装法兰6，并且在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a，并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部19a。内圈20在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的另一个(内侧)内滚道面20a。内圈20经由预定干涉压配合到毂轮19的圆筒部19b上，并且经由通过向外径向塑性变形圆筒部19a的端部而形成的铆合部4c而轴向不可移动地紧固在毂轮19上。
[0072]毂轮19由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部19a的区域上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。内圈20由诸如SUJ2等的高碳钢形成，并且被浸渍硬化到它的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0073]外部构件18在其外周上形成有车体安装法兰(未示出)，并且还在其内周上形成有双列外滚道面2a、18a。外部构件18由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且至少双列外滚道面2a、18a被高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0074]在本实施方式中，内侧滚动元件3的节圆直径PCDi被设置为大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo(PCDi>PCDo)。内侧和外侧滚动元件中的每一个具有相同尺寸(直径)。然而，由于节圆直径PCD1、PCDo的差，所以内侧列的滚动元件3的数量被设置为大于外侧列的滚动元件3的数量。
[0075]内侧滚动元件3的节圆直径P⑶i被设置为大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo(PCDi)PCDo)并且内侧滚动元件3的数量被设置为大于外侧滚动元件3的数量的这种结构使得可以与外侧的轴承刚性相比提高内侧的轴承刚性，由此延长轴承的寿命并且防止内滚道面20a的真圆度下降，即，抑制会由铆合加工造成的内圈20的变形。
[0076]由于使内侧滚动元件3的节圆直径PCDi大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo的结果，内圈20被设置为具有大厚度。类似于第一实施方式，内圈20的更小端20b的厚度h2被设置为大于毂轮19的阶状部16的高度H(h2 ^ H)，从接触位置P到较小端面20b的距离LI被设置为小，并且通过将内圈20的较小端面20b的面积A2的无量纲值除以内圈5的内直径d的无量纲值而获得的值被设置为11或更大(A2/d ^ 11)。另外，内圈20的较小端面20b的轴向位置被设置在双列滚动元件3和3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈20的内滚道面20a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内。
[0077]可以通过降低铆合加工期间内圈20的弹性变形的敏感性并且通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦，并且还可以抑制由铆合加工造成的内圈22的环向应力。
[0078]另外，根据本发明，凹部21形成在毂轮19的内侧端上，凹部21的深度延伸到毂轮19的阶状部16的轴向位置，并且圆筒部19a具有圆形横截面。这使得可以减小内圈20的环向应力，同时减小毂轮19的重量、抑制由于铆合引起的内圈20的膨胀并且增大内圈20的厚度。
[0079]第三实施方式
[0080]图7是本发明的车轮轴承装置的第三实施方式的纵截面图。本实施方式与第二实施方式(图6)的不同点基本上在于在内圈与铆合部之间设置垫圈，因此相同的附图标记用于指定之前实施方式的相同的结构元件，并且将省略它们的详细描述。
[0081]第三实施方式的车轮轴承装置也是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括 内部构件22、外部构件18和以可滚动的方式容纳在内部构件22与外部构件18之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件22包括毂轮23和经由预定干涉压配合到毂轮23上的内圈
20 ο
[0082]毂轮23在其外侧端上一体形成有车轮安装法兰6，并且在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a，并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部23a。内圈20经由预定干涉压配合到毂轮23的圆筒部23a上，并且经由通过向外径向塑性变形圆筒部23a的端部而形成的铆合部4c轴向不可移动地紧固在毂轮23上。
[0083]毂轮23由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部23a的区域(包括外侧内滚道面4a)上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0084]根据本实施方式，具有矩形纵截面的垫圈24布置在毂轮23的圆筒部23a上，使得内圈20被紧固在毂轮23上，同时内圈20和垫圈24夹在铆合部4c与毂轮23的阶状部16之间。垫圈24由诸如碳钢S40C等的包括0.37重量％ -0.43重量％的碳的钢基金属材料形成，并且由高频感应硬化法硬化为具有40-50HRC的表面硬度。可以提高内圈20的耐用性，同时减小内圈20的变形因此减小环向应力，并且可以将轴承预载荷保持为合适值。
[0085]已经参照优选实施方式描述了本发明。显而易见的是，本领域技术人员在阅读和理解之前的详细描述时会想到修改例和变型例。本发明旨在被解释为包括所有这样的变型例和修改例，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。
[0086]工业应用性
[0087]本发明可以应用于内圈被压配合到毂轮的圆筒部上并且内圈经由铆合被紧固于毂轮的圆筒部的铆合型第三代车轮轴承装置。
[0088]附图标记的描述
[0089]1、17、22:内部构件
[0090]2、18:外部构件
[0091]2a、18a:外滚道面
[0092]2b:车体安装法兰
[0093]3:滚动元件
[0094]4、19、23:毂轮
[0095]4a、5a、20a:内滚道面
[0096]4b、19a、23a:圆筒部
[0097]4c:铆合部
[0098]4c’:圆筒部的端部
[0099]5、20:内圈
[0100]5b、20b:内圈的更小端(面)
[0101]5c:内圈的更大端(面)
[0102]6:车轮安装法兰
[0103]6a:轮毂螺栓
[0104]6b:车轮安装法兰的内侧基部
[0105]7:保持架
[0106]8:外侧密封件
[0107]9:内侧密封件
[0108]10、14:芯金属
[0109]11、15:密封构件
[0110]I la、15a:侧唇
[0111]llb、15b:防尘唇
[0112]llc、15c:防油脂唇
[0113]12:挡油圈
[0114]12a:圆筒部
[0115]12b:直立部
[0116]13:密封板
[0117]16:毂轮的阶状部
[0118]21:凹部
[0119]24:垫圈
[0120]50:车轮轴承装置
[0121]51:内部构件
[0122]52:毂轮
[0123]52a、53a:内滚道面
[0124]52b:圆筒部
[0125]52c:铆合部
[0126]53:内圈
[0127]53b:内圈的更大端(面)
[0128]53b:内圈的更小端(面)
[0129]54:车轮安装法兰
[0130]55:螺栓孔
[0131]55a:基部
[0132]56:滚珠
[0133]57:保持架
[0134]58、59:密封件
[0135]60:外部构件
[0136]60a:外滚道面
[0137]61:阶状部
[0138]62:凹部
[0139]A:内圈的截面面积
[0140]Al、A2:内圈的较小端面的面积
[0141]d:内圈的内直径
[0142]E:杨氏模量
[0143]F:轴向力
[0144]hl、h2:内圈的更小端的厚度
[0145]H:毂轮的阶状部
[0146]L0:内圈的宽度
[0147]L1:从内圈的接触位置到较小端面的距离
[0148]L2:内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围
[0149]AL:内圈的变形量
[0150]P:内圈的接触位置
[0151]W:内滚道面的轴向范围
[0152]ε:应变
[0153]σ:应力
【主权项】
1.一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括: 外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上一体形成有双列外滚道面； 内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上一体形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面，所述毂轮具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上分别形成有与所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面； 双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；以及 所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上， 其特征在于: 所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且 所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内。2.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，通过将所述内圈的所述较小端面的面积的无量纲值除以所述内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大。3.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，凹部形成在所述毂轮的内侧端上，所述凹部的深度延伸到所述毂轮的所述阶状部的轴向位置，并且所述圆筒部具有圆形横截面。4.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，具有矩形纵截面的垫圈布置在所述毂轮的所述圆筒部上，使得在所述内圈和所述垫圈夹持在所述铆合部与所述毂轮的所述阶状部之间的状态下，所述内圈被紧固在所述毂轮上。5.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，所述双列滚动元件的所述内侧滚动元件的节圆直径大于所述双列滚动元件的外侧滚动元件的节圆直径，各个双列滚动元件的尺寸相同，并且所述内侧滚动元件的数量大于所述外侧滚动元件的数量。
【专利摘要】提供了一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置被构造成抑制由铆合在内圈中引起的环向应力并减小铆合之后的间隙范围以减小轴承摩擦。用于车轮的轴承装置具有第三代结构，在该结构中，内圈(5)沿轴向方向固定，此时通过铆合部(4c)给内圈(5)施加预定轴承预紧，所述铆合部是通过径向向外塑性变形毂轮(4)的小直径阶状部(4b)的一端形成的。内圈(5)的小端面(5b)的壁厚(h1)被设置为大于毂轮(4)的肩部(16)处的台阶的高度(H)，内圈(5)的小端面(5b)的面积(A1)与内圈(5)的内直径(d)的比例被设置为大于或等于11，并且小端面(5b)的位置被设置为位于从与滚珠(3)的外侧的位置对应的轴向位置延伸到与内圈(5)的内滚动面(5a)的槽底点的位置对应的轴向位置的轴向范围(L2)内。因此，减小了铆合过程中内圈(5)的弹性变形敏感性，减小了铆合之后的间隙变动，并减小了轴承摩擦。
【IPC分类】B60B35/18, F16C19/18, F16C33/32, B60B35/02, F16C33/58, F16C35/073
【公开号】CN104903603
【申请号】CN201480004433
【发明人】小森和雄
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月8日
【公告号】EP2944837A1, WO2014109331A1
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及一种可以旋转地支撑车辆的车轮的车轮轴承装置，更具体地说，涉及一种自保持结构的车轮轴承装置，在该自保持结构中，内圈经由毂轮的摆动铆合而紧固在毂轮上，并且旨在抑制因铆合加工在内圈上引起的环向应力以及减小轴承摩擦。
【背景技术】
[0002]有两种车辆(诸如机动车等)的车轮轴承装置用于驱动轮和从动轮。尤其在用于相对于机动车的悬架装置旋转地支撑车轮的车轮轴承装置中，已经大大降低了车轮轴承装置的制造成本、重量和尺寸。图8中示出了用于现有技术的从动轮的车轮轴承装置的一个代表性示例。
[0003]车轮轴承装置50是用于从动轮的第三代类型，并且包括内部构件51、外部构件60和容纳在内部构件51与外部构件60之间的多个滚珠56、56。内部构件51包括毂轮52和压配合到毂轮52上的内圈53。
[0004]毂轮52 —体形成有车轮安装法兰54，该车轮安装法兰54用于在其一端上安装车轮(未示出)，并且螺栓孔55形成在车轮安装法兰54中，用于沿着车轮安装法兰54的周边等距离地容纳毂螺栓(未示出)。毂轮52在其外周上一体形成有一个内滚道面52a并且具有从内滚道面52a经过阶状部61轴向延伸的圆筒部52b。内圈53压配合到圆筒部52b上，内圈53在其外周上形成有另一个内滚道面53a。
[0005]铆合部52c通过在内圈53的较小端面53c紧靠阶状部61的状态下使圆筒部52b的端部向外径向塑性变形而形成。即，内圈53在内圈53被夹持在毂轮52的铆合部52c与阶状部61之间的状态下相对于毂轮52紧固。因为铆合部52c塑性变形从而紧密接触在内圈53的更大端面53b上，所以可以可靠地保持用于使内圈53挤压毂轮52的阶状部61的期望轴向力。
[0006]外部构件60在其外周上具有一体形成的车体安装法兰(未示出)，并且在其内周上形成有双列外滚道面60a、60a。双列滚珠56、56容纳在外滚道面60a、60a与内滚道面52a、53a之间所形成的空间中，并且被保持架57、57以可滚动的方式保持。密封件58、59安装在外部构件60的端部上，以防止密封在轴承内的润滑油脂泄露以及防止雨水或尘土从外部进入到轴承中。
[0007]毂轮52由包括0.40重量％-0.80重量％的碳的中高碳钢(诸如S53C等)制成，并且在包括内滚道面52a、接触密封件58的密封区和圆筒部52b的区域上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。铆合部52c不被硬化，并且保持具有锻造后的小于25HRC的表面硬度。内圈53由诸如SUJ2等的高碳铬钢形成，并且被浸渍硬化到它们的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0008]类似于毂轮52，外部构件60由包括0.40重量％-0.80重量％的中高碳钢(诸如S53C)形成，并且形成有双列外滚道面60a、60a，它们由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0009]如图9的放大图所示，环形凹部62形成在内圈53的内周上。凹部62形成在内圈53的内滚道面53a的轴向宽度的大致整个范围中。凹部62具有圆弧形纵截面，该圆弧形纵截面在其轴向中心位置处具有最大深度。
[0010]在内圈53的内周上设置凹部62使得可以使在将内圈53压配合到毂轮52上的压配合加工期间引起的径向张力不施加于内圈53的外周上的内滚道面53a，并且由此抑制内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力增大。另外，凹部62还可以缓和通过对铆合部52c进行铆合而在内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力的增大。因此，可以抑制在将毂轮52压配合到圆筒部52b上期间在内滚道面53a上引起的环向应力增大，而不增加内圈53的径向尺寸和宽度尺寸(参见下面的专利文献1)。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:JP 2008-19899A
【发明内容】
[0014]本发明所要解决的问题
[0015]虽然现有技术的车轮轴承装置50可以抑制通过将内圈53压配合到毂轮52上并且对铆合部52c进行铆合而在内圈53的内滚道面53a上引起的环向应力，但是目前需要铆合型车轮轴承装置应当通过抑制环向应力而在内圈53的耐用性方面得以提高，并且除了减小重量和尺寸之外在减小轴承的摩擦方面得以提高，以便改善燃油消耗。
[0016]已经认为，对于减小轴承的摩擦来说有效的是，减小铆合之后的轴承间隙，更具体地减小负间隙范围。重要的是，检查轴承规格，在所述轴承规格中考虑了抑制环向应力和减小摩擦。
[0017]已知存在图10中示意性示出的轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系。即，考虑可以通过抑制负间隙的变化(铆合之后的间隙是难处理的)来实现摩擦的减小，这是因为可以抑制阴影部。
[0018]因此，本发明的目的是提供一种可以抑制由铆合加工引起的内圈的环向应力并通过抑制铆合之后的间隙范围来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0019]用于解决问题的方案
[0020]为了实现上述目的，根据权利要求1的本发明，提供了一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上一体形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上一体形成有与所述双列外滚道面中的一个外滚道面相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上对应地形成有与所述双列外滚道面中的另一个外滚道面相对的所述另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述双列外滚道面之间；以及所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，其特征在于，所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内。
[0021]根据“第三代”类型(内圈由通过径向向外塑性变形毂轮的圆筒部的端部而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在毂轮上)的权利要求1的本发明的车轮轴承装置，因为车轮轴承装置的特征在于:内圈的较小端面的厚度大于毂轮的阶状部的高度；并且内圈的较小端面的轴向位置被设置在双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与内圈的内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0022]优选地，如权利要求2中限定的，通过将内圈的较小端面的面积的无量纲值除以内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大。可以抑制由铆合加工引起的环向应力和铆合之后轴承间隙的变动这两者，由此进一步减小轴承摩擦。
[0023]还优选地，如权利要求3中限定的，凹部形成在所述毂轮的内侧端上，所述凹部的深度延伸到所述毂轮的所述阶状部的轴向位置，并且所述圆筒部具有圆形横截面。可以减小毂轮的重量并且在抑制铆合加工期间内圈的膨胀的情况下减小内圈上引起的环向应力。
[0024]优选的是，如权利要求4中限定的，具有矩形纵截面的垫圈布置在所述毂轮的所述圆筒部上，使得在所述内圈和所述垫圈夹持在所述铆合部与所述毂轮的所述阶状部之间的状态下，所述内圈被紧固在所述毂轮上。可以减小变形因此减小内圈的环向应力而提高内圈的耐用性并且将轴承预载荷保持为合适值。
[0025]优选地，如权利要求5中限定的，所述双列滚动元件的内侧滚动元件的节圆直径大于所述双列滚动元件的外侧滚动元件的节圆直径，各个双列滚动元件的尺寸相同，并且所述内侧滚动元件的数量大于所述外侧滚动元件的数量。与外侧部相比可以提高内侧部的轴承刚性，由此提高轴承寿命，并且还可以抑制铆合加工期间内圈的变形、防止内圈的内滚道面的真圆度的降低。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明的车轮轴承装置，因为该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上分别形成有与 所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；以及所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，所述车轮轴承装置的特征在于所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的所述内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，所以可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的车轮轴承装置的第一实施方式的纵截面图；
[0029]图2是图1的部分放大图；
[0030]图3是示出内圈的较小端面的面积与内直径的比例与内圈的推入量限制之间的关系的曲线图；
[0031]图4是示意性示出内圈的图；
[0032]图5是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图；
[0033]图6是本发明的车轮轴承装置的第二实施方式的纵截面图；
[0034]图7是本发明的车轮轴承装置的第三实施方式的纵截面图；
[0035]图8是现有技术的车轮轴承装置的纵截面图；
[0036]图9是图8的部分放大图；以及
[0037]图10是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0038]用于实现本发明的优选方式是一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括:外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上形成有双列外滚道面；内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面并且具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上对应地形成有与所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面；双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；密封件，所述密封件安装在所述外部构件与所述内部构件之间所形成的环形开口中；以及所述内圈，该内圈经由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部在预定轴承预紧状态下轴向不可移动地紧固在所述毂轮上，所述车轮轴承装置的特征在于:所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；通过将所述内圈的所述较小端面的面积的无量纲值除以所述内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大；并且所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内，所以可以提供一种可以通过减小铆合加工期间内圈的弹性变形敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦的车轮轴承装置。
[0039]第一实施方式
[0040]将参照附图描述本发明的优选实施方式。
[0041]图1是本发明的车轮轴承装置的第一实施方式的纵截面图，图2是图1的部分放大图，图3是示出内圈的较小端面的邻接面积/内直径的比例与内圈的推入量限制之间的关系的曲线图，图4是示意性示出内圈的图，并且图5是示出轴承摩擦与铆合之后的轴承间隙之间的关系的曲线图。在以下描述中，车轮轴承装置安装在车辆上时的外侧称为“外侦f’(附图中的左侧)，并且车轮轴承装置安装在车辆上时的内侧称为“内侧”(附图中的右侧)。
[0042]本发明的车轮轴承装置是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括内部构件1、外部构件2和以可滚动的方式容纳在内部构件1与外部构件2之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件1包括毂轮4和经由预定干涉压配合到毂轮4上的内圈5。
[0043]毂轮4在其外侧端上一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装法兰6，并且轮毂螺栓6a紧固在车轮安装法兰6上、位于车轮安装法兰6的圆周等距离位置处。另外，毂轮4在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部4b。
[0044]内圈5在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的另一个(内侧)内滚道面5a。内圈5经由预定干涉压配合到圆筒部4b上以形成背靠背双联型双列角面接触滚珠轴承，并且经由通过径向向外塑性变形圆筒部4b的端部而形成的铆合部4c轴向不可移动地紧固在毂轮4上。这使得可以减小车轮轴承装置的重量和尺寸。内圈5和滚珠3、3由高碳铬钢(诸如SUJ2等)形成，并且被浸渍硬化到它们的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0045]毂轮4由包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢(诸如S53C等)形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部4b的区域上由高频感应硬化硬化为具有58-64HRC的表面硬度，内侧基部6b形成用于密封件8的密封区部。铆合部4c不被硬化，并且保持到锻造之后的硬度。这使得可以施加足够的机械强度以防止车轮安装法兰6的旋转弯曲，提高防磨蚀特性并执行铆合部4c的铆合加工，而不产生任何微小裂缝。
[0046]外部构件2在其外周上形成有适于安装在转向节(未示出)上的车体安装法兰2b，并且还在其内周上形成有对应于内部构件1的内滚道面4a、5a的双列外滚道面2a、2a。滚珠3、3以可滚动的方式包含在这些外滚道面2a、2a和内滚道面4a、5a之间，并且由保持架7、7保持在内部。
[0047]类似于毂轮4，外部构件2由包括0.40重量％-0.80重量％的中高碳钢(诸如S53C等)形成，并且至少双列外滚道面2a、2a被高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。密封件8、9安装在外部构件2的端部与内部构件1的端部之间所形成的环形开口中，以防止密封在轴承内的润滑油脂泄露并且防止雨水或尘土从外部进入到轴承中。
[0048]外侧密封件8形成为一体密封件，该一体密封件包括经由预定接口压配合到外部构件2的外侧端中的芯金属10和经由加硫粘附而粘附到芯金属10的密封构件11。芯金属10由奥氏体不锈钢板(JIS SUS 304等)或冷轧钢板(JIS SPCC等)挤压形成为具有大致L形纵截面。
[0049]另一方面，密封构件11由合成橡胶(诸如NBR(丙烯腈-丁二烯橡胶)等)形成，并且包括:侧唇11a和防尘唇11b，侧唇11a和防尘唇lib向外径向倾斜并且经由预定轴向干涉与车轮安装法兰6的具有圆弧形截面的内侧基部6b滑动接触；和防油脂唇11c，该防油脂唇11c经由预定干涉与基部6b滑动接触。
[0050]除了 NBR之外还有形成密封构件11的材料，例如，耐热性优越的HNBR(加氢丙烯腈_ 丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯-丙烯橡胶)等以及耐化学性优越的ACM(聚羟酸橡胶)、FKM(氟橡胶)、娃橡胶等。
[0051]另一方面，内侧密封件9如图2中所示形成为包括相对排布的挡油圈12和密封板13的所谓充填密封件。挡油圈12经由冲压作业由诸如铁氧体不锈钢板(JIS SUS430等)或防腐冷轧钢板(JIS SPCC等)等的钢板形成为具有大致L形截面，该L形截面包括要被压配合到内圈5的外周5d上的圆筒部12a和从圆筒部12a向外径向延伸的直立部12b。
[0052]另一方面，密封板13包括芯金属14，该芯金属14要嵌合到外部构件2的端部；和密封构件5，该密封构件15经由加硫粘附而一体粘附到芯金属14。芯金属14由奥氏体不锈钢板或防腐冷轧钢板冲压形成为具有大致L形纵截面。
[0053]密封构件15由诸如NBR等的合成橡胶形成，并且包括:侧唇15a，该侧唇15a以倾斜方式向外径向延伸；以及二分叉防尘唇15b和防油脂唇15c，二分叉防尘唇15b和防油脂唇15c从侧唇15a向内径向定位。侧唇15a经由预定轴向接口与挡油圈12的直立部12b的外侧面滑动接触，并且防尘唇15b和防油脂唇15c经由预定径向接口与圆筒部12a滑动接触。密封构件15可以由除了 NBR之外的任意材料形成，例如，由耐热性优越的HNBR(加氢丙烯腈-丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯-丙烯橡胶)等以及耐化学性优越的ACM(聚羟酸橡胶)、FKM(氟橡胶)、硅橡胶等形成。
[0054]虽然这里示出了由使用滚珠作为滚动元件3的双列角面接触滚珠轴承形成的车轮轴承装置，但是本发明不限于这种轴承，并且可以是使用圆锥滚子作为滚动元件的双列圆锥滚子轴承。[0055]在该铆合型车轮轴承装置中，已经发现铆合之后的轴承间隙与铆合之前的轴承间隙相比由于铆合造成的内圈5的弹性变形而减小。然而，关于间隙的变动(即，间隙的变动范围)，间隙的变动通常增大。例如，当铆合之前的间隙变动是20 μ m时，铆合之后的间隙变动不会经由铆合而整体改变，并且将增大到40 μm。假定间隙变动由于内圈5的弹性变形的变动而将增大。
[0056]申请人已经注意到轴承摩擦的减小可以通过减小内圈的弹性变形的变动(即，降低内圈的弹性变形的敏感性)来抑制铆合之后的轴承间隙以来实现。
[0057]在施加预定轴承预紧的状态下，内圈5通过以下方式轴向不可移动地紧固在毂轮4的圆筒部4b上:首先将内圈5压配合到圆筒部5b上，直到使较小端面5b紧靠毂轮4的肩部16为止；然后使用铆合夹具(铆合冲头)与更大端面5c紧密接触，径向向外塑性变形圆筒部4b的端部4c’以轴向且弹性变形(压缩)内圈5并形成铆合部4c。
[0058]铆合之后轴承间隙的变动(范围)是铆合之前的初始间隙的变动和由于铆合而引起的间隙减小的变动的总和。申请人已经注意到内圈5的从内滚道面5a与滚珠3之间的接触点P(下文中称为“接触位置P”)到内圈5的外侧部的部分由于铆合会给予间隙减小的变动很大影响，由此内圈5的较小端面5b被设置为具有大厚度。
[0059]更具体地，内圈5的较小端面5b的厚度hi大于毂轮4的阶状部16的高度H (hi 3 H)，从内圈5的接触位置P到较小端面5b的距离LI被设置为小，并且内圈5的较小端面5b的面积Al对于内圈5的内直径d的比例(更具体地，通过将内圈5的较小端面5b的面积的无量纲值除以内圈5的内直径d的无量纲值而获得的值)被设置为11或更大(Al/d ^ 11)。另外，内圈5的较小端面5b的轴向位置被设置在双列滚动元件3、3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈5的内滚道面5a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内。可以通过减小铆合加工期间内圈5的弹性变形的敏感性并通过抑制铆合之后负间隙的变动，来减小轴承摩擦。
[0060]如可以从图3所示的且由申请人验证的内圈5的较小端面5b的面积Al对于内圈5的内直径d的比例(Al/d)与内圈5的推入量限制之间的关系看出的，如果内圈5的较小端面5b的面积Al的无量纲值对于内圈5的内直径d的无量纲值的比例被设置为11或更大(Al/d ^ 11)，则内圈5的弹性变形的敏感性往往降低。即，当考虑到图4的示意性示出的内圈时，在内圈5经由铆合轴向压缩时，内圈从接触位置Pl的外侧部LI对轴承间隙的变化有大影响。
[0061]当特定负荷施加于内圈5时，内圈5的变形量可以从以下公式获得:
[0062]因为σ = ε E，所以可以表达为F/ALXE/LO，并且由此AL = (FXL0)/(AXE)
[0063]其中，σ:应力、ε:应变、Ε:杨氏模量、F:轴向力、Α:内圈的截面面积、AL:内圈的变形量以及LO:内圈的宽度。
[0064]当将其应用于图4时，与间隙减小有关的内圈5的变形可以表达为(FLl)/(AlXE)，其中，Al = {(hl+d)2- d 2} π/4。
[0065]考虑到负荷(轴向力F)是恒定的并且杨氏模量E因为使用相同材料而是相同的，所以当LI小且Al大(更小端5b的厚度大)时，可以从上述公式理解内圈5的变形将变小。即，由于铆合而引起的弹性变形的敏感性可以抑制为低。
[0066]内圈5的纵截面是大致正方形，由此内圈5的更小端5b的宽度越小，内圈的弹性变形的敏感性越低。然而，如果在内圈5的更小端5b的位置设置在与对应于内圈5的内滚道面5a的槽底位置的轴向位置相比的内部位置处，则滚珠3会在内滚道面5a的端部上滚动，并且引起噪声或疲劳烧蚀的产生。另一方面，如果将内圈的更小端5b的位置设置在双列滚动元件3、3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈5的内滚道面5a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内，则可以降低内圈5的弹性变形的敏感性，并且因减小重量和尺寸以及内圈5和毂轮4的磨削加工范围而降低制造成本。
[0067]换言之，通过完全减小变动范围(由阴影所示)(其中将变动范围减小的部分归因于铆合之后紧密间隙侧的变动减小)，可以完全减小轴承摩擦。
[0068]第二实施方式
[0069]图6是本发明的车轮轴承装置的第二实施方式的纵截面图。本实施方式与第一实施方式(图1和图2)的不同点基本上在于内侧和外侧滚动元件(滚珠)的节圆直径的差，因此相同的附图标记用于指定之前实施方式的相同的结构元件，并且将省略它们的详细描述。
[0070]第二实施方式的车轮轴承装置也是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括内部构件17、外部构件18和以可滚动的方式容纳在内部构件17与外部构件18之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件17包括毂轮19和经由预定干涉压配合到毂轮19上的内圈
20 ο
[0071]毂轮19在其外侧端上一体形成有用于安装车轮(未示出)的车轮安装法兰6，并且在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a，并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部19a。内圈20在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的另一个(内侧)内滚道面20a。内圈20经由预定干涉压配合到毂轮19的圆筒部19b上，并且经由通过向外径向塑性变形圆筒部19a的端部而形成的铆合部4c而轴向不可移动地紧固在毂轮19上。
[0072]毂轮19由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部19a的区域上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。内圈20由诸如SUJ2等的高碳钢形成，并且被浸渍硬化到它的芯部以具有58-64HRC的硬度。
[0073]外部构件18在其外周上形成有车体安装法兰(未示出)，并且还在其内周上形成有双列外滚道面2a、18a。外部构件18由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且至少双列外滚道面2a、18a被高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0074]在本实施方式中，内侧滚动元件3的节圆直径PCDi被设置为大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo(PCDi>PCDo)。内侧和外侧滚动元件中的每一个具有相同尺寸(直径)。然而，由于节圆直径PCD1、PCDo的差，所以内侧列的滚动元件3的数量被设置为大于外侧列的滚动元件3的数量。
[0075]内侧滚动元件3的节圆直径P⑶i被设置为大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo(PCDi)PCDo)并且内侧滚动元件3的数量被设置为大于外侧滚动元件3的数量的这种结构使得可以与外侧的轴承刚性相比提高内侧的轴承刚性，由此延长轴承的寿命并且防止内滚道面20a的真圆度下降，即，抑制会由铆合加工造成的内圈20的变形。
[0076]由于使内侧滚动元件3的节圆直径PCDi大于外侧滚动元件3的节圆直径PCDo的结果，内圈20被设置为具有大厚度。类似于第一实施方式，内圈20的更小端20b的厚度h2被设置为大于毂轮19的阶状部16的高度H(h2 ^ H)，从接触位置P到较小端面20b的距离LI被设置为小，并且通过将内圈20的较小端面20b的面积A2的无量纲值除以内圈5的内直径d的无量纲值而获得的值被设置为11或更大(A2/d ^ 11)。另外，内圈20的较小端面20b的轴向位置被设置在双列滚动元件3和3的内侧滚动元件3的最外侧点的轴向位置与内圈20的内滚道面20a的槽底点的轴向位置之间的轴向范围L2内。
[0077]可以通过降低铆合加工期间内圈20的弹性变形的敏感性并且通过抑制铆合之后负间隙的变动来减小轴承摩擦，并且还可以抑制由铆合加工造成的内圈22的环向应力。
[0078]另外，根据本发明，凹部21形成在毂轮19的内侧端上，凹部21的深度延伸到毂轮19的阶状部16的轴向位置，并且圆筒部19a具有圆形横截面。这使得可以减小内圈20的环向应力，同时减小毂轮19的重量、抑制由于铆合引起的内圈20的膨胀并且增大内圈20的厚度。
[0079]第三实施方式
[0080]图7是本发明的车轮轴承装置的第三实施方式的纵截面图。本实施方式与第二实施方式(图6)的不同点基本上在于在内圈与铆合部之间设置垫圈，因此相同的附图标记用于指定之前实施方式的相同的结构元件，并且将省略它们的详细描述。
[0081]第三实施方式的车轮轴承装置也是用于从动轮的所谓“第三代”类型，并且包括 内部构件22、外部构件18和以可滚动的方式容纳在内部构件22与外部构件18之间的双列滚动元件(滚珠)3、3。内部构件22包括毂轮23和经由预定干涉压配合到毂轮23上的内圈
20 ο
[0082]毂轮23在其外侧端上一体形成有车轮安装法兰6，并且在其外周上形成有具有圆弧形纵截面的一个(外侧)内滚道面4a，并且具有从内滚道面4a轴向延伸的圆筒部23a。内圈20经由预定干涉压配合到毂轮23的圆筒部23a上，并且经由通过向外径向塑性变形圆筒部23a的端部而形成的铆合部4c轴向不可移动地紧固在毂轮23上。
[0083]毂轮23由诸如S53C等的包括0.40重量％ -0.80重量％的碳的中高碳钢形成，并且在从车轮安装法兰6的内侧基部6b到圆筒部23a的区域(包括外侧内滚道面4a)上由高频感应硬化法硬化为具有58-64HRC的表面硬度。
[0084]根据本实施方式，具有矩形纵截面的垫圈24布置在毂轮23的圆筒部23a上，使得内圈20被紧固在毂轮23上，同时内圈20和垫圈24夹在铆合部4c与毂轮23的阶状部16之间。垫圈24由诸如碳钢S40C等的包括0.37重量％ -0.43重量％的碳的钢基金属材料形成，并且由高频感应硬化法硬化为具有40-50HRC的表面硬度。可以提高内圈20的耐用性，同时减小内圈20的变形因此减小环向应力，并且可以将轴承预载荷保持为合适值。
[0085]已经参照优选实施方式描述了本发明。显而易见的是，本领域技术人员在阅读和理解之前的详细描述时会想到修改例和变型例。本发明旨在被解释为包括所有这样的变型例和修改例，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。
[0086]工业应用性
[0087]本发明可以应用于内圈被压配合到毂轮的圆筒部上并且内圈经由铆合被紧固于毂轮的圆筒部的铆合型第三代车轮轴承装置。
[0088]附图标记的描述
[0089]1、17、22:内部构件
[0090]2、18:外部构件
[0091]2a、18a:外滚道面
[0092]2b:车体安装法兰
[0093]3:滚动元件
[0094]4、19、23:毂轮
[0095]4a、5a、20a:内滚道面
[0096]4b、19a、23a:圆筒部
[0097]4c:铆合部
[0098]4c’:圆筒部的端部
[0099]5、20:内圈
[0100]5b、20b:内圈的更小端(面)
[0101]5c:内圈的更大端(面)
[0102]6:车轮安装法兰
[0103]6a:轮毂螺栓
[0104]6b:车轮安装法兰的内侧基部
[0105]7:保持架
[0106]8:外侧密封件
[0107]9:内侧密封件
[0108]10、14:芯金属
[0109]11、15:密封构件
[0110]I la、15a:侧唇
[0111]llb、15b:防尘唇
[0112]llc、15c:防油脂唇
[0113]12:挡油圈
[0114]12a:圆筒部
[0115]12b:直立部
[0116]13:密封板
[0117]16:毂轮的阶状部
[0118]21:凹部
[0119]24:垫圈
[0120]50:车轮轴承装置
[0121]51:内部构件
[0122]52:毂轮
[0123]52a、53a:内滚道面
[0124]52b:圆筒部
[0125]52c:铆合部
[0126]53:内圈
[0127]53b:内圈的更大端(面)
[0128]53b:内圈的更小端(面)
[0129]54:车轮安装法兰
[0130]55:螺栓孔
[0131]55a:基部
[0132]56:滚珠
[0133]57:保持架
[0134]58、59:密封件
[0135]60:外部构件
[0136]60a:外滚道面
[0137]61:阶状部
[0138]62:凹部
[0139]A:内圈的截面面积
[0140]Al、A2:内圈的较小端面的面积
[0141]d:内圈的内直径
[0142]E:杨氏模量
[0143]F:轴向力
[0144]hl、h2:内圈的更小端的厚度
[0145]H:毂轮的阶状部
[0146]L0:内圈的宽度
[0147]L1:从内圈的接触位置到较小端面的距离
[0148]L2:内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围
[0149]AL:内圈的变形量
[0150]P:内圈的接触位置
[0151]W:内滚道面的轴向范围
[0152]ε:应变
[0153]σ:应力
【主权项】
1.一种车轮轴承装置，该车轮轴承装置包括: 外部构件，该外部构件在其外周上一体形成有车体安装法兰并且在其内周上一体形成有双列外滚道面； 内部构件，该内部构件包括毂轮和内圈，所述毂轮在其一端部上一体形成有车轮安装法兰并且在其外周上一体形成有与所述双列外滚道面中的一个相对的一个内滚道面，所述毂轮具有从所述内滚道面经过阶状部轴向延伸的圆筒部，所述内圈在其外周上分别形成有与所述双列外滚道面中的另一个相对的另一个内滚道面； 双列滚动元件，所述双列滚动元件以可滚动的方式容纳在所述内部构件的所述内滚道面与所述外部构件的所述外滚道面之间；以及 所述内圈，该内圈由通过径向向外塑性变形所述毂轮的所述圆筒部的一端而形成的铆合部轴向不可移动地紧固在所述毂轮上， 其特征在于: 所述内圈的较小端面的厚度大于所述毂轮的所述阶状部的高度；并且 所述内圈的所述较小端面的轴向位置被设置在所述双列滚动元件的内侧滚动元件的最外侧点的轴向位置与所述内圈的所述内滚道面的槽底点的轴向位置之间的轴向范围内。2.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，通过将所述内圈的所述较小端面的面积的无量纲值除以所述内圈的内直径的无量纲值而获得的值被设置为11或更大。3.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，凹部形成在所述毂轮的内侧端上，所述凹部的深度延伸到所述毂轮的所述阶状部的轴向位置，并且所述圆筒部具有圆形横截面。4.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，具有矩形纵截面的垫圈布置在所述毂轮的所述圆筒部上，使得在所述内圈和所述垫圈夹持在所述铆合部与所述毂轮的所述阶状部之间的状态下，所述内圈被紧固在所述毂轮上。5.根据权利要求1所述的车轮轴承装置，其中，所述双列滚动元件的所述内侧滚动元件的节圆直径大于所述双列滚动元件的外侧滚动元件的节圆直径，各个双列滚动元件的尺寸相同，并且所述内侧滚动元件的数量大于所述外侧滚动元件的数量。
【专利摘要】提供了一种用于车轮的轴承装置，该轴承装置被构造成抑制由铆合在内圈中引起的环向应力并减小铆合之后的间隙范围以减小轴承摩擦。用于车轮的轴承装置具有第三代结构，在该结构中，内圈(5)沿轴向方向固定，此时通过铆合部(4c)给内圈(5)施加预定轴承预紧，所述铆合部是通过径向向外塑性变形毂轮(4)的小直径阶状部(4b)的一端形成的。内圈(5)的小端面(5b)的壁厚(h1)被设置为大于毂轮(4)的肩部(16)处的台阶的高度(H)，内圈(5)的小端面(5b)的面积(A1)与内圈(5)的内直径(d)的比例被设置为大于或等于11，并且小端面(5b)的位置被设置为位于从与滚珠(3)的外侧的位置对应的轴向位置延伸到与内圈(5)的内滚动面(5a)的槽底点的位置对应的轴向位置的轴向范围(L2)内。因此，减小了铆合过程中内圈(5)的弹性变形敏感性，减小了铆合之后的间隙变动，并减小了轴承摩擦。
【IPC分类】B60B35/18, F16C19/18, F16C33/32, B60B35/02, F16C33/58, F16C35/073
【公开号】CN104903603
【申请号】CN201480004433
【发明人】小森和雄
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月8日
【公告号】EP2944837A1, WO2014109331A1
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