专利名称：车轮用轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车轮用轴承装置，更具体地涉及这样一种用于车轮 的车轮用轴承装置，其可以解决减小轴承装置的重量和尺寸与可延长轴 承装置的寿命相矛盾的问题。
10
背景技术：
通常，车轮用轴承装置适于通过滚动轴承可自由旋转地支撑用于安 装车轮的毂轮，并且对于驱动轮采用内圈旋转型，对于从动轮采用内圈 旋转和外圈旋转型。在这样的轴承装置中广泛使用双列角接触滚珠轴承， 因为其具有期望的轴承刚度、高耐错位性以及低燃料消耗所需的小转矩。 15双列角接触滚珠轴承具有多个插设在静止圈与旋转圈之间的滚珠，并且 这些滚珠以预定的接触角与静止圈和旋转圈接触。
车轮用轴承装置大致上分为第一代结构，其中双列角接触滚珠轴 承式车轮轴承装配在悬架的转向节形成部与毂轮之间；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 20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，
其中多个内滚道表面直接形成在毂轮和等速万向节的外周上。在以下描 述中，术语装置的"外侧"(图中的左手侧)是指在将轴承装置安装于车 体上时位于车体外侧的那一侧，术语装置的"内侧"(图中的右手侧)是 指在将轴承装置安装于车体上时位于车体内侧的那一侧。
25 在现有技术的由双列滚动轴承形成的车轮用轴承装置中，由于左右
两列中的轴承结构相同，所以尽管在直道行驶期间其具有足够的刚度， 但在弯道行驶期间不能总是获得最佳刚度。也就是说，车轮和轴承装置 之间的位置关系通常设计为使得在直道行驶期间车辆的重量作用在两列 轴承滚珠之间的大致中央，但较大的径向负载和较大的轴向负载作用于
5车辆的与转弯方向相反侧的轴(即，在右转时车辆左手侧的轴)上。因 此，为了改进轴承装置的耐用性和强度，有效的是使外侧轴承列的刚度 比内侧轴承列的刚度大。因而，公知一种图ll所示的车轮用轴承装置， 其可在不增大轴承装置的情况下具有高刚度。
5 车轮用轴承装置50由双列角接触滚珠轴承形成，该双列角接触滚珠
轴承包括外部件51，在其外周上一体形成有待安装在车辆的转向节(未
示出)上的车体安装凸缘51c，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52具有在其一端 上一体形成的用于安装车轮(未示出)的车轮安装凸缘53、形成在其外
io周上并与双列外滚道表面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，内部件 55还包括装配在柱形部52b上的内圈54，在该内圈的外周上形成有与双 列外滚道表面51a、 51b中的另一外滚道表面51b相对的另一内滚道表面 54a;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
15面52a、 54a之间的双列滚珠56、 57;以及用于可滚动地保持滚珠56、 57的保持架58、 59。
通过使毂轮52的柱形部52b径向向外塑性变形而形成敛缝部52c， 内圈54由敛缝部52c不可轴向运动地紧固。在形成于外部件51与内部 件55之间的环形开口中安装密封件60、 61,以防止容纳在轴承装置内的
20油脂泄漏，并防止雨水或灰尘从外部进入轴承装置。
外侧滚珠组56的节圆直径D1设定为大于内侧滚珠组57的节圆直径 D2。因此，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
25的数量。通过将外侧的节圆直径Dl设定为大于内侧的节圆直径D2 (D1>D2),可以获得刚度较大的轴承装置50，从而延长其寿命。 专利文献l:日本专利特开2004-108449号公报
发明内容
6本发明要解决的问题
在现有技术的轴承装置50中，由于外侧滚珠组56的节圆直径Dl 设定为大于内侧滚珠组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，因此可以增加外侧轴承列 5的刚度并由此延长车轮用轴承装置50的寿命。但是，由于外部件51和 毂轮52均在外侧变大，因此它们的直径增大不可避免地使其重量增加， 由此车轮用轴承装置的重量减轻受到限制。
相反，如果为了减轻外部件51的重量而过度减小外部件51的壁厚， 则会导致这样的问题当通过高频感应淬火使外滚道表面51a、 51b形成 io有硬化层时会产生淬火裂纹。因而，有必要考虑增加外部件的强度和耐 用性并减小重量和尺寸来确定外部件的壁厚极限。
另外，在现有技术的车轮用轴承装置50中，通过诸如锻造、车削、 热处理、磨削、超精加工等的各种加工处理，由作为坯料的棒件制造外 部件51和毂轮52。例如，如图12所示，最初对外部件51的轮廓进行锻 15造，在从车体安装凸缘51c的内侧面和与转向节接触的内侧外周表面经
由其端部到内周表面的区域(由双点划线表示)中留有预定的磨削余量。 此外，在形成有具有不同的槽直径的双列外滚道表面51a、 51b的外 部件51中，将槽肩部62、 63磨削到预定尺寸以防止所谓的"肩部跨越 (riding-over)"，其中当向车轮用轴承装置作用弯矩负载时，滚珠56、 20 57的接触椭圆线会跨越并脱离外滚道表面51a、 51b。具体而言，由于在 内侧外滚道表面51b与槽肩部63之间的角部(边界)上引起的弯矩负载 的影响大于在外侧外滚道表面51a上引起的弯矩负载的影响，由此因滚 珠56、 57的跨越会在其上引起边缘负载，因此应严格限定槽肩部63的 尺寸。在本说明书中，术语"边缘负载"是指在部件角部处产生的过度 25应力集中，这会在部件表面上产生过早剥离。
但是，外部件51的槽肩部62、 63的车削不仅会导致外部件51的材 料损失，而且会导致加工步骤增加并由此增加了制造成本。另外，由于 在锻造过程中通过冲压形成槽肩部63，因此问题在于可如何减少坯料的 材茅斗损失。
7此外，在左右非对称轴承结构的车轮用轴承装置50中，内侧和外侧 轴承列中的内部空间容积不同。但是，由于不管内侧和外侧轴承列的内 部空间容积的差异而在其中均匀地填充油脂，因此具有较小内部空间容 积的内侧轴承列趋于填充有过量油脂。这种油脂的过度填充会导致油脂 5泄漏从而使制动器的有效性变差，并且会导致车轮用轴承装置的转矩增 大从而增大了车辆的燃料消耗。
因此，本发明的一个目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以解决 减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并且 还可以延长轴承装置的寿命。
10 本发明的另一目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以在减小轴承
的重量和尺寸的情况下增加其刚度，并且可以通过减少车轮用轴承装置 的材料损失而降低制造成本。
本发明的又一目的是提供一种车轮用轴承装置，其可以保持最佳的 润滑状态并由此延长车轮用轴承装置的寿命。
15 解决问题的手段
为了实现本发明的目的，提供一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承 装置包括外部件，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面；内部
件，在该内部件的外周表面上形成有与所述双列外滚道表面相对布置的
双列内滚道表面；以及双列滚珠组，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳
20在所述外部件的所述外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间， 该车轮用轴承装置的特征在于所述外部件由碳含量按重量计为0.40
0.8()Q^的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表 面形成有表面硬度为58 64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度 设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面处的最小壁厚设为至少 25 4mm (第一方面)。
根据第一方面的车轮用轴承装置，由于其特征在于所述外部件由碳 含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬 化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58 64HRC的硬化层，并 且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面
8处的最小壁厚设为至少4mm,因此可以防止产生淬火裂纹，并可以解决 减小轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由 此可以延长轴承装置的寿命。
优选的是，外侧的所述双列滚珠组的节圆直径大于内侧的所述双列 5滚珠组的节圆直径。这样可以通过有效地利用轴承空间而与内侧轴承相 比增加外侧轴承的刚度，并由此延长轴承寿命(第二方面)。
优选的是，所述滚珠组的各滚珠的外径彼此相同，外侧的滚珠数量 大于内侧的滚珠数量。这样还可以通过保持轴承刚度而延长轴承寿命(第 三方面)。
io 还优选的是，所述内部件包括毂轮和内圈，所述毂轮具有在其一端
一体形成的车轮安装凸缘、形成在该毂轮的外周上并与所述双列外滚道 表面中的一个外滚道表面相对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，所述内圈以预定过盈装配在所述毂轮的 柱形部上，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外
15滚道表面相对的另一内滚道表面；通过高频感应淬火在从所述毂轮的车 轮安装凸缘的内侧基部到所述柱形部的区域中连续形成有预定的硬化 层；在所述毂轮的外侧端部处形成有大致锥形的凹口，所述凹口的深度 至少延伸至所述毂轮的所述内滚道表面的底部附近，使得所述毂轮在所 述内滚道表面处的壁厚设定在预定范围内；并且所述毂轮的外侧端的壁
20厚对应于所述凹口的构造而基本恒定，并且至少是所述硬化层的有效深 度的两倍。这样也可以防止产生淬火裂纹，并可以解决减小轴承装置的 重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由此可以延长轴承 装置的寿命(第四方面)。
优选的是，所述毂轮在所述内滚道表面处的最小壁厚设定在该位置
25处的直径的0.2 0.3倍的范围内。这样可以通过相应于车轮轴承的使用 条件保持毂轮的强度和刚度而减轻其重量(第五方面)。
还优选的是，在所述双列外滚道表面附近分别形成有肩部；大直径 侧肩部和小直径侧肩部之间的台阶部由具有预定斜度的锥面形成，或者 大直径侧肩部形成为从小直径侧肩部朝向大直径侧外滚道表面以直径增
9加的方式延伸的锥面，并且所述台阶部和所述肩部保持具有锻造表面。 这样可以在不降低外部件的强度和刚度的情况下减少材料损失，并且通 过提高锻造过程中的塑性流动性而提高加工精度。另外，可以使冲压过 程容易并减少冲压步骤的数量，而且可以减少坯料的材料损失以实现制 5造成本的降低(第六方面)。
优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在车体的转向 节上的车体安装凸缘，并且所述大直径侧肩部延伸到所述车体安装凸缘
的基部附近的位置(第七方面)。
还优选的是，所述大直径侧肩部由具有预定斜度的锥面形成，并且 10所述大直径侧肩部与所述小直径侧肩部之间的台阶部具有圆弧形结构的 截面(第八方面)。
优选的是，所述毂轮的内滚道表面的台部(counter portion)形成为 具有柱形结构，将所述台部和所述轴状部相连的台阶部形成为具有圆弧 形或锥形结构的截面，并且该轴状部和该台阶部保持具有锻造表面。这
15样可以在不降低外部件的强度和刚度的情况下减少材料损失，并且通过 提高锻造过程中的塑性流动性而提高加工精度(第九方面)。
优选的是，将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左右各轴承 列内的内部空间的容积比成比例。这样尽管左右轴承列具有不同的节圆 直径并由此具有不同的内部空间容积，也能确保最佳的油脂填充量。因
20而，可以提供这样一种车轮用轴承装置，其在保持最佳的润滑条件的情 况下具有高轴承刚度和延长的轴承寿命(第十方面)。
还优选的是，填充在左右各轴承列内的油脂量设定在左右各轴承列 的内部空间容积的40 60%的范围内。这样可以防止油脂泄漏并防止轴 承转矩增大(第十一方面)。
25 优选的是，所述外部件装配在轻合金制的所述转向节中，并且其中
至少所述外部件的与所述转向节接触的外周表面形成有绝缘涂层，所述 外部件的除了与所述转向节接触的所述外周表面之外的周面形成有以预 定轴向长度被磨削的柱形支撑表面。这样由于在对双列外滚道表面进行 磨削时支撑表面并不接触转向节，因此可使得转向节的金属与外部件的
10金属之间具有良好的绝缘。因而，可以防止在转向节上产生因钢外部件 和轻合金转向节的组合而引起的电腐蚀，并由此提供可靠性提高的车轮 用轴承装置(第十二方面)。优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在所述转向节 5上的车体安装凸缘，所述转向节装配在所述车体安装凸缘的内侧外周上， 并且所述支撑表面形成在所述外部件的外侧端的外周表面上(第十三方 面)。还优选的是，所述外部件在其外周上一体形成有待安装在所述转向 节上的车体安装凸缘，所述转向节装配在所述车体安装凸缘的内侧外周 10上，并且从所述外部件的内侧端面开始的预定长度上形成有除去绝缘涂 层的柱形部，并且该除去绝缘涂层的柱形部用作所述支撑表面(第十四 方面)。发明效果根据本发明的车轮用轴承装置，由于其特征在于所述外部件由碳含15量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化， 使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58 64HRC的硬化层，并且所 述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部件在这些外滚道表面处的 最小壁厚设为至少4mm，因此可以防止产生淬火裂纹，并可以解决减小 轴承装置的重量和尺寸与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题，并由此可20以延长轴承装置的寿命。实施本发明的最佳方式实施本发明的最佳方式是一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置 包括外部件，在该外部件的外周上一体形成有待安装在车辆的转向节上的车体安装凸缘，并且在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面； 25内部件，该内部件包括毂轮，该毂轮具有在其一端一体形成的用于安装 车轮的车轮安装凸缘、形成在该毂轮的外周上并与所述双列外滚道表面 中的 一个外滚道表面相对的一个内滚道表面以及从所述内滚道表面轴向 延伸的柱形部，所述内部件还包括装配在所述柱形部上的内圈，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外滚道表面相对的另11一内滚道表面；以及双列滚珠，所述双列滚珠可自由滚动地容纳在所述 外滚道表面与所述内部件的所述内滚道表面之间，该车轮用轴承装置的 特征在于外侧的双列滚珠组的节圆直径大于内侧的双列滚珠组的节圆 直径，所述外部件由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢制成，并通 5过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面形成有表面硬度为58 64HRC的硬化层，并且所述硬化层的有效深度设为至少2mm，所述外部 件在所述外滚道表面处的最小壁厚设为至少4mm。
io 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面图；图2是图1的毂轮的放大纵向剖面图； 图3是图1的外部件的放大纵向剖面图；图4 (a)是图1的外部件在其锻造之后的纵向剖面图，图4 (b)是 15图4 (a)的修改例的纵向剖面图；图5是图1的毂轮在其锻造之后的说明性纵向剖面图；图6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面图；图7是图6的车轮用轴承装置的纵向平面图，示出了油脂填充步骤； 20 图8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面图；图9 (a)是表示图8的外部件的加工方法的前视图，图9 (b)是沿 图9 (a)的线DC-DC剖取的纵向剖面图；图IO是外部件的修改例的纵向剖面图，示出对其进行的磨削作业； 25 图ll是表示现有技术的车轮用轴承装置的纵向剖面图；以及图12是图11的外部件的说明性纵向剖面图，示出其在锻造之后的 构造。附图标记说明1、 26 内部件12外部件3滚动元件4、 27毂轮4a、 5a内滚道表面4b柱形部4c敛缝部5内圈6车轮安装凸缘6a毂螺栓6b圆形孔6c基部7轴状部7a、 7c、 16a、 23a台阶部7b肩部8、 13硬化层9、 10保持架11外侧密封件12内侧密封件14凹口15台部16、 23大直径侧肩部17小直径侧肩部18a车体安装凸缘的内侧面18b外部件的内侧外周表面19外部件的外侧端面20外部件的内侧端面21， 22密封件装配表面24车轮安装凸缘的外侧面25引导部1328 油脂填充装置28a、 28b 喷嘴30 绝缘涂层31、 36 支撑表面5 32 背衬板33 滑履34、 37 成形砂轮50 车轮用轴承装置51 外部件io 51a 外侧外滚道表面51b 内侧外滚道表面51c 车体安装凸缘52 毂轮52a、 54b 内滚道表面15 52b 柱形部52c 敛缝部53 车轮安装凸缘54 内圈55 内部件 20 56、 57 滚珠58、 59 保持架60、 61 密封件62、 63 槽肩部dl 基部的直径25 d2 毂轮的滚珠接触直径di、 do 喷嘴的直径Dl 外侧滚珠的节圆直径D2 内侧滚珠的节圆直径PCDo 外侧滚珠组的节圆直径14PCDi 内侧滚珠组的节圆直径tl 基部的最小壁厚t2 毂轮在滚珠接触角方向上的壁厚t3、 t4 外部件的最小壁厚5 (X 滚珠接触角具体实施方式
第一实施方式下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。10 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面图，图2是图1的毂轮的放大纵向剖面图，图3是图1的外部件的放大 纵向剖面图，图4 (a)是图1的外部件在其锻造之后的纵向剖面图，图 4 (b)是图4 (a)的修改例的纵向剖面图，图5是图1的毂轮在其锻造 之后的说明性纵向剖面图。 15 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类型，并包括内部件1、外部件2以及可滚动地容纳在内部件1与外部件2之间 的双列滚动元件(滚珠)组3、 3。内部件1包括毂轮4和压配在毂轮4 上的内圈5。毂轮4 一体形成有在其一端的车轮安装凸缘6、在其外周上的一个 20(外侧)内滚道表面4a、以及从内滚道表面4a通过轴状部7延伸的柱形 部4b。在车轮安装凸缘6上沿着其周边等距地布置多个毂螺栓6a，并且 在这些毂螺栓6a之间形成圆形孔6b。这些圆形孔6b不仅有助于减轻轴 承装置的重量，而且有助于供任何用于组装和拆卸轴承装置的紧固工具通过o25 内圈5在其外周上形成有另一 (内侧)内滚道表面5a，并适于压配在毂轮4的柱形部4b上以形成背靠背双联式双列角接触滚珠轴承，并且 由敛缝部4c轴向紧固，敛缝部4c通过使柱形部4b的端部塑性变形而形 成。内圈5和滚珠3由诸如SUJ2的高碳铬钢制成，并且通过浸入淬火硬 化至其芯部而具有58 64HRC的硬度。15毂轮4由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制 成，并通过高频感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘6的内侧基部6c 到柱形部4b的包括内滚道表面4a在内的区域形成有表面硬度为58 64HRC的硬化层8 (由交叉影线表示)。敛缝部4c保持其锻造之后的表 5面硬度。因此，车轮安装凸缘6具有足以抵抗施加到其上的旋转弯曲负 载的机械强度，可提高在被内圈5压配的区域处的柱形部4b的抗微振磨 损强度，并且可在敛缝过程中在没有任何微裂纹的情况下执行敛缝部4c 的塑性变形作业。外部件2在其外周上一体形成有待安装在车辆的转向节(未示出) 10上的车体安装凸缘2c，并在其内周上一体形成有与毂轮4的内滚道表面 4a相对的外侧外滚道表面2a以及与内圈5的内滚道表面5a相对的内侧 外滚道表面2b。双列滚珠组3、 3容纳在这些外滚道表面与内滚道表面之 间并由保持架9、 10可滚动地保持。在外部件2与内部件1之间形成的 环形空间的开口内安装密封件ll、 12，以防止容纳在轴承内的油脂泄漏， 15并防止雨水和灰尘从外部进入轴承。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，双列外滚道表面2a、 2b形成有通过高频感应淬火硬化的硬化层13 (由交叉影线表示)，从而具有58 64HRC的表面硬度。尽管这里所述 的结构为使用滚珠作为滚动元件3的双列角接触滚珠轴承，但是也可以 20采用使用锥形滚子作为滚动元件3的双列锥形滚子轴承。另外，本发明 的车轮用轴承装置并不限于第三代轴承的结构，其也可应用于第一代、 第二代和第四代轴承结构。根据本发明的优选实施方式，外侧滚珠组3的节圆直径PCDo设定 为大于内侧滚珠组3的节圆直径PCDi。由于节圆直径PCDi和PCDo的 25差异，外侧滚珠组3的滚珠数量大于内侧滚珠组3的滚珠数量。这使得 与内侧轴承相比，可以通过有效地利用轴承空间而增加外侧轴承的刚度， 并由此延长轴承寿命。如图2所示，毂轮4具有从内滚道表面4a的槽底部经由台部15、轴 状部7和内圈5所抵靠的肩部7b到柱形部4b的轮廓构造，轴状部7经由具有圆弧形截面的台阶部7a从台部15轴向延伸。为了减轻轴承装置 的重量，在毂轮4的外侧端部处形成有大致轴向延伸的锥形凹口 14。通 过锻造形成凹口 14，并且凹口 14的深度延伸到毂轮4的外侧内滚道表面 4a的底部附近，以使得毂轮4的外侧端部具有基本恒定的壁厚。也就是 5说，由于考虑到毂轮4会在外侧滚珠3的接触角a范围内变形，本发明 的发明人对位于接触角a之外的毂轮4的端部壁厚引起了注意。
形成密封件台面部的车轮安装凸缘6的基部6c形成为具有圆弧形截 面。发明人尝试通过利用有限元(FEM)分析从基部6c的最小壁厚tl 与该位置处的直径dl之间的关系获得毂轮的刚度，并发现通过将最小壁
io厚tl设定在0.2S (tl/dl) S0.3的范围内，可以通过相应于车轮用轴承 装置的使用条件保持毂轮4的强度和刚度而实现重量减轻。如果基部6c 的最小壁厚tl比该部分的直径dl的20%小，则毂轮4的变形变大，由此 不能获得期望的刚度。相反，如果最小壁厚tl超过直径dl的30%,也不 会实现预期的刚度增加，相反会增加毂轮的重量。
15 此外，根据本发明的优选实施方式，将基部6c的最小壁厚tl设定为
硬化层8的有效深度的至少两倍。与车轮安装凸缘6的基部6c相似，将 穀轮4沿滚珠3的接触角a方向的最小壁厚t2与该位置处的直径d2 (滚 珠接触直径)之间的关系设定在(t2/d2) ^0.3范围内，并且将最 小壁厚t2设定为硬化层8的有效深度的至少两倍。
20 在这种车轮用轴承装置中，尽管毂轮4通常设计成当车辆在弯道上
行驶时该毂轮能够承受对应于0.8G (重力加速度)的负载，但是由于与 滚珠3的接触而在内滚道表面4a的约0.4mm的深度处产生最大剪切应 力。由于为了满足期望的滚动疲劳寿命而有必要形成强度是最大剪切应 力的至少约五倍的硬化层8，因此通过在由高频感应淬火形成的硬化层8
25的最小有效硬化深度上增加2mm的变化，而将有效硬化深度设为3.5mm。 在具有这一结构的车轮用轴承装置中，由于外侧滚珠组3的节圆直 径PCDo大于内侧滚珠组3的节圆直径PCDi并且外侧滚珠组3的滚珠数 量因而也大于内侧滚珠组3的滚珠数量，所以可增大轴承装置外侧的刚 度，从而可延长轴承装置的寿命。此外，在毂轮4的外侧端部处形成凹
17口 14，将壁厚tl、 t2设定在对应于凹口 14的预定范围内，另外将硬化层 8的深度设定在预定范围内，使得毂轮4在该外侧端部处的壁厚基本恒定。 这样能够解决减小轴承装置的重量和尺寸与增大轴承装置的刚度相矛盾 的问题。
5 另一方面，在外部件2中，由于PCDo〉PCDi，所以外侧外滚道表面
2a的直径大于内侧外滚道表面2b的直径。外侧外滚道表面2a经由柱形 肩部16、台阶部16a和直径较小的肩部17延续到内侧外滚道表面2b。 内侧外滚道表面2b的底部的内径设定为使其与大直径侧肩部16的内径 基本相同。
io 如图3所示，与毂轮4相似，外部件2至少在其外滚道表面2a、 2b
上形成有强度约为最大剪切应力的五倍的硬化层13，以满足期望的滚动 疲劳寿命。通过在由高频感应淬火形成的硬化层13的最小有效硬化深度 上增加2mm的变化，而将有效硬化深度设为3.5mm。
另外，在外部件2中，将最小壁厚t3、 t4设为4mm，并保持未淬火
15部分(未硬化部分)为约0.5mm,以防止产生会在最小壁厚部分(这里 为外滚道表面2a、 2b的底部)上引起的淬火裂纹。这样可以解决减小车
轮用轴承装置的重量和尺寸与增大轴承装置的刚度相矛盾的问题。
通过对坯料棒件进行锻造而将外部件2形成为具有如图4 (a)所示
(由双点划线所示)的预定锻造结构。也就是说，外部件2被锻造后剩 20下的部分包括转向节(未示出)所抵靠的车体安装凸缘2c的内侧面18a、 转向节装配于其上的内侧外周表面18b、两端面19、 20、密封件ll、 12 装配于其上的密封件装配表面21、 22、双列外滚道表面2a、 2b以及小直 径侧肩部17。
根据本发明的优选实施方式，大直径侧肩部16形成为具有用于锻造 25拔模斜度的相对较小倾角的小锥面，并延伸到车体安装凸缘2c的基部附 近。另一方面，小直径侧肩部17的轴向尺寸被限制为最小长度，并且小 直径侧肩部17与大直径侧肩部16之间的台阶部16a形成为具有大于锻 造拔模斜度的预定倾角的锥面。这样可以在不降低外部件2的强度和刚 度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造期间的塑性流动性，由此提高加工精度。另外，这样可以使得冲压加工容易并减少冲压步骤的数量， 而且可以减少坯料的材料损失以降低制造成本。
另一方面，通过在锻造之后进行车削而将小直径侧肩部17形成为具 有预定内径，但是大直径侧肩部16和台阶部16a不被车削而保持它们的 5原始锻造表面。这样可以进一步减少材料损失和车削步骤的数量，并由 此可以进一步降低制造成本。
图4 (b)表示图4 (a)中所示实施方式的修改例。在该修改例的外 部件2'中，大直径侧肩部23形成有具有预定斜度的锥面，该锥面从小 直径侧柱形肩部17经由具有圆弧形截面的台阶部23a延伸。这样可以在 io不降低外部件2'的强度和刚度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造 期间的塑性流动性。
另一方面，与前述外部件2的制造方法相似，通过对坯料棒件进行 锻造而将毂轮4形成为具有如图5所示(由双点划线所示)的预定锻造 结构。也就是说，在留有磨削余量的情况下对制动转子(未示出)所抵 15靠的车轮安装凸缘6的外侧面24、用于支撑轮和制动转子的引导部25、 车轮安装凸缘6的基部6c、内滚道表面4a、台部15和柱形部4b进行锻 造。
在该优选实施方式中，台部15形成为具有柱形结构，台部15和轴 状部7相连的台阶部7a形成为具有圆弧形截面。这样可以在不降低毂轮
20 4的强度和刚度的情况下减少其材料损失，并改善在锻造期间的塑性流动 性，由此提高加工精度。尽管通过在锻造之后进行车削将台部15形成为 具有预定结构和尺寸，但是轴状部7和台阶部7a不被车削而保持它们的 原始锻造表面。这样可以进一步减少材料损失和车削步骤的数量，并由 此进一步降低制造成本。台阶部7a的截面结构并不限于圆弧形，而可以
25是具有预定倾角的锥形结构。另外，根据该实施方式，尽管在小直径侧 肩部17与大直径侧肩部16之间形成具有预定倾角的台阶部16a，也可以 将台阶部16a和大直径侧肩部16替换为具有一个锥面的肩部。
如上所述，根据第一优选实施方式，由于外部件2和毂轮4具有可 改善锻造期间的塑性流动性而不降低其强度和刚度的锻造结构，因此可
19以提高锻造加工精度并将待车削部分减为最小，并由此实现减少材料损 失、减少车削步骤的数量及降低制造成本。 第二实施方式
图6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面 5图，图7是图6的车轮用轴承装置的说明性纵向剖面图，示出油脂填充 步骤。由于第二实施方式与第一实施方式的部分区别仅在于毂轮的结构, 因此这里使用相同的附图标记来表示与第一实施方式中所用的具有相同 功能的相同部件。
该车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并包括内部件26、 io外部件2以及可自由滚动地容纳在内部件26与外部件2之间的双列滚珠 组3 、 3 。内部件26包括毂轮27和以预定过盈压配在毂轮27上的内圈5。
毂轮27 —体形成有在其外侧端的车轮安装凸缘6、在其外周上的一 个(外侧)内滚道表面4a以及从内滚道表面4a通过轴状部7延伸的柱 形部4b。
15 毂轮27具有从内滚道表面4a的槽底部经由台部15、轴状部7和内
圈5所抵靠的肩部7b到柱形部4b的轮廓构造，轴状部7经由大致垂直 的台阶部7c从台部15轴向延伸。在毂轮27的外侧端部处形成有锥形凹 口 14。凹口 14的深度延伸到毂轮27的外侧内滚道表面4a的底部附近， 以使得毂轮27的外侧端部具有基本恒定的壁厚。由于节圆直径PCDi和
20 PCDo的差异，毂轮27的内滚道表面4a的直径大于内圈5的内滚道表面 5a的直径，并将轴状部7的外径设定为使其与内滚道表面5a的槽底部直 径基本相同。
毂轮27由碳含量按重量计为0.40 0.80%的中碳钢(例如S53C)制 成，并通过高频感应淬火而硬化，使得从车轮安装凸缘6的内侧基部6c 25到柱形部4b的包括内滚道表面4a在内的区域被硬化为具有58 64HRC 的表面硬度。
在第二实施方式中，将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左 右各轴承列内的内部空间的容积比成比例。也就是说，外侧轴承列相对 于外侧整个空间容积以40 60% (优选45 55%)的比率填充油脂，并
20且内侧轴承列相对于内侧整个空间容积以40 60% (优选45 55%)的 比率填充油脂。另外，左右轴承列中的油脂重量变化限于±20%的范围内。 在本说明书中，术语外侧和内侧"整个空间容积"是指从外轴承列和内 轴承列的滚珠3、 3的节圆分别到外密封件11和内密封件12的轴承内侧 5的整个空间容积。
如图7所示，通过由保持架9、 10预先保持双列滚珠3、 3，并在使 滚珠盒装配在内部件2中的情况下将油脂填充装置28朝向箭头所示的方 向插入，而在轴承内填充油脂。也就是说，通过相对地布置从油脂填充 装置28朝向双列滚珠盒径向伸出的多个双列喷嘴28a、 28b，而填充预定 io量的油脂。
外侧列的各喷嘴28a的直径do大于内侧列的各喷嘴28b的直径，并 将平方比设为使其对应于左右列的内部空间容积比。这样尽管由于双列 滚珠3、 3的节圆直径PCDo、 PCDi的差异导致左右列的内部空间容积的 差异，也能确保最佳的油脂填充量。因而，可以解决诸如在车辆行驶期 15间油脂泄漏及车轮用轴承装置的转矩增大的问题。
尽管上面描述了通过改变外侧和内侧喷嘴28a、 28b的直径do、 di 来控制油脂填充量，但本发明并不限于该结构，也可以通过改变外侧和 内侧喷嘴28a、 28b的数量来实现对油脂填充量的控制。
第三实施方式
20 图8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面
图，图9 (a)是表示图8的外部件的加工方法的前视图，图9 (b)是沿 图9 (a)的线IX-DC剖取的纵向剖面图。由于第三实施方式与第二实施 方式(图6)的部分区别仅在于外部件的结构，因此这里使用相同的附图 标记来表示与前述实施方式中所用的具有相同功能的相同部件。
25 该车轮用轴承装置是用于从动轮的第三代类型，并包括内部件26、
外部件29以及可自由滚动地容纳在内部件26与外部件29之间的双列滚 珠组3、 3。外部件29在其外周上一体形成有待安装在铝合金转向节N 上的车体安装凸缘2c，并在其内周上一体形成有双列外滚道表面2a、 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，
2双列外滚道表面2a、 2b被硬化而具有58 64HRC的表面硬度。
待装配到铝合金转向节N中的外部件29形成有绝缘涂层30 (由交叉影线示出)，这是通过对转向节N所抵靠的表面进行达克罗处理(dacrotizedtreatment)而形成的，所述表面即车体安装凸缘2c的内侧面5 18a和外周表面18b。这能够在防止在转向节N上产生电腐蚀。也就是说，当使诸如外部件29的钢和转向节N的轻合金之类的两种金属暴露于腐蚀环境时，低电位差的金属(在这种情况下为转向节的铝合金)变为阳极而导致过早腐蚀。绝缘涂层30能够确实防止因不同金属的组合而引起的转向节N的过早电腐蚀，即电化腐蚀。io 例如，对于本发明可以使用镀镍或镀锌、或者阴极电镀或氟碳电镀，
而不是达克罗处理。绝缘涂层30可以涂覆于整个外周表面，以减少诸如掩模等的制造步骤。
在外部件的外侧端的外周上，即在与形成有绝缘涂层30的内侧相反侧端的外周上，形成有支撑表面31。通过研磨将支撑表面31修整为具有
15柱形构造。图9表示对外部件29的双列外滚道表面2a、 2b进行研磨的方法，其中，将外部件29的外侧端面19磁吸引到背衬板32上，在使支撑表面被一对滑履33、 33滑动支撑的情况下在对中状态下旋转支撑外部件29。在该情形下，同时对双列外滚道表面2a、 2b和小直径侧肩部17进行研磨。通过旋转修整器将成形砂轮34的外周表面预先形成为具有对
20应于双列滚道表面2a、 2b的轮廓构造。
如上所述，根据本发明的第三实施方式，由于绝缘涂层30形成于外部件29的抵靠转向节N的外周表面上，并且支撑表面31形成于外部件29的未抵靠转向节N的外周表面上，因此可以在不会由于滑履33与外部件29之间的滑动接触导致绝缘涂层30剥离的情况下，保持转向节N
25与外部件29之间良好的绝缘。因此，能够防止在转向节上产生由于钢外
部件与轻金属转向节的结合而引起的电腐蚀，从而提供可靠性得以改善的车轮轴承。
图IO表示图9的外部件的修改例，并且是对该外部件进行的磨削作业的图。通过在外部件35的车体安装凸缘2c的内侧面18a和内侧端的
22外周表面18b上进行达克罗处理，而使外部件35形成有绝缘涂层30。通过将绝缘涂层30的一部分磨掉而在从内侧端20到预定长度的区域上形成支撑表面36，该支撑表面形成小直径台阶部。与图9 (b)的实施方式不同，在该修改例中，外部件35的内侧端面20磁吸引到背衬板32上，5并且在支撑表面36被一对滑履33、 33滑动支撑的情况下使外部件35对中。在该情形下，通过成形砂轮37同时对双列外滚道表面2a、 2b和小直径侧肩部17进行研磨。
根据本发明的第三实施方式，由于绝缘涂层30形成于外部件35的抵靠转向节N的外周表面上并且通过将绝缘涂层30的一部分磨掉而形成io支撑表面36，因此可以由滑履33稳定地支撑外部件35，并且因为磨掉的支撑表面36不与转向节N接触，所以可以获得转向节N与外部件35之间的良好绝缘。因而，可以防止在转向节上产生因钢外部件和轻合金转向节的组合而引起的电腐蚀，并且提供具有减小的重量和尺寸的车轮用轴承装置。
15 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会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
20 本发明的车轮用轴承装置无论是用于驱动轮还是从动轮都可应用于第一代至第四代的任一轴承装置。
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(2，29，35)，在该外部件的内周上形成有双列外滚道表面(2a，2b)；内部件(1，26)，在该内部件的外周表面上形成有与所述双列外滚道表面(2a，2b)相对布置的双列内滚道表面(4a，5a)；以及双列滚珠组(3，3)，所述双列滚珠组可自由滚动地容纳在所述外部件(2，29，35)的所述外滚道表面(2a，2b)与所述内部件(1，26)的所述内滚道表面(4a，5a)之间，该车轮用轴承装置的特征在于所述外部件(2，29，35)由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成，并通过高频感应淬火被硬化，使得各所述外滚道表面(2a，2b)形成有表面硬度为58～64HRC的硬化层(13)，并且所述硬化层(13)的有效深度设为至少2mm，并且所述外部件(2，29，35)在这些外滚道表面(2a，2b)处的最小壁厚设为至少4mm。
2、根据权利要求1所述的车轮用轴承装置，其中，外侧的所述双列滚珠组(3)的节圆直径(PCDo)大于内侧的所述双列滚珠组(3)的节圆直径(PCDi)。
3、 根据权利要求2所述的车轮用轴承装置，其中，所述滚珠组的各 滚珠(3)的外径彼此相同，外侧的滚珠(3)的数量大于内侧的滚珠(3) 的数量。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所 述内部件(1， 26)包括毂轮(4， 27)和内圈(5)，所述毂轮(4, 27) 具有在其一端一体形成的车轮安装凸缘(6)、形成在该毂轮的外周上并 与所述双列外滚道表面(2a, 2b)中的一个外滚道表面(2a)相对的一 个内滚道表面(4a)以及从所述内滚道表面(4a)经由轴状部(7)轴向 延伸的柱形部(4b)，所述内圈(5)以预定过盈装配在所述毂轮(4， 27) 的柱形部(4b)上，在该内圈的外周上形成有与所述双列外滚道表面(2a， 2b)中的另一外滚道表面(2b)相对的另一内滚道表面(5a);其中通过 高频感应淬火在从所述毂轮(4， 27)的车轮安装凸缘(6)的内侧基部(6c)到所述柱形部(4b)的区域中连续形成有预定的硬化层(8);其中在所述毂轮(4， 27)的外侧端部处形成有大致锥形的凹口 (14)，所述凹口 (14)的深度至少延伸至所述毂轮(4)的所述内滚道表面(4a)的底部附近，使得所述毂轮(4， 27)在所述内滚道表面(4a)处的壁厚5 (t2)设定在预定范围内；并且其中所述毂轮(4， 27)的外侧端的壁厚对应于所述凹口 (14)的构造而基本恒定，并至少是所述硬化层(8)的有效深度的两倍。
5、 根据权利要求4所述的车轮用轴承装置，其中，所述毂轮(4，27)在所述内滚道表面(4a)处的最小壁厚(t2)设定在该位置处的直径的0.2 0.3倍的范围内。
6、 根据权利要求1至5中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，在所述双列外滚道表面(2a， 2b)附近分别形成有肩部(16， 17);其中大直径侧肩部(16)和小直径侧肩部(17)之间的台阶部(16a)由具有预定斜度的锥面形成，或者大直径侧肩部(23)形成为从小直径侧肩部(17)朝向大直径侧外滚道表面(2a)以直径增加的方式延伸的锥面，并且其中所述台阶部(16a)和所述肩部(16， 23)保持具有锻造表面。
7、 根据权利要求6所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(2，29， 35)在其外周上一体形成有待安装在车体的转向节(N)上的车体安装凸缘(2c)，并且其中所述大直径侧肩部(16)延伸到所述车体安装凸缘(2c)的基部附近的位置。
8、 根据权利要求6或7所述的车轮用轴承装置，其中，所述大直径侧肩部(23)由具有预定斜度的锥面(23)形成，并且所述大直径侧肩部(23)与所述小直径侧肩部(17)之间的台阶部(23a)具有圆弧形结构的截面。
9、根据权利要求4至8中任一项所述的车轮用轴承装置，其中，所述毂轮(4， 27)的内滚道表面(4a)的台部(15)形成为具有柱形结构，将所述台部(15)和所述轴状部(7)相连的台阶部(7a)形成为具有圆弧形或锥形结构的截面，并且其中该轴状部(7)和该台阶部(7a)保持为具有锻造表面。
10、 根据权利要求2至9中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 将填充在左右各轴承列内的油脂量设定为与左右各轴承列内的内部空间 的容积比成比例。
11、 根据权利要求10所述的车轮用轴承装置，其中，填充在左右各 5轴承列内的油脂量设定在左右各轴承列的内部空间容积的40 60%的范围内。
12、 根据权利要求l至ll中任一项所述的车轮用轴承装置，其中， 所述外部件(29， 35)装配在轻合金制的所述转向节(N)中，并且其中 至少所述外部件(29， 35)的与所述转向节(N)接触的外周表面形成有io绝缘涂层(30)，所述外部件(29， 35)的除了与所述转向节(N)接触 的所述外周表面之外的周面形成有以预定轴向长度被磨削的柱形支撑表 面(31， 36)。
13、 根据权利要求12所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(29， 35)在其外周上一体形成有待安装在所述转向节(N)上的车体安装凸缘(2c)，其中所述转向节(N)装配在所述车体安装凸缘(2c)的内侧外 周上，并且其中所述支撑表面(31， 36)形成在所述外部件(29， 35) 的外侧端的外周表面上。
14、 根据权利要求12所述的车轮用轴承装置，其中，所述外部件(29， 35)在其外周上一体形成有待安装在所述转向节(N)上的车体安装凸缘 (2c)，其中所述转向节(N)装配在所述车体安装凸缘(2c)的内侧外 周上，并且其中从所述外部件(29, 35)的内侧端面(20)开始的预定 长度上形成有除去绝缘涂层的柱形部，并且该除去绝缘涂层的柱形部用 作所述支撑表面(36)。
全文摘要
[问题]提供一种车轮用轴承装置，其可通过解决减小轴承装置的重量并提高其紧凑程度与增加轴承装置的刚度相矛盾的问题而延长轴承装置的寿命。[解决问题的手段]一种车用轴承装置，其包括具有三组双列滚珠(3)的双列角接触滚珠轴承。在这三组双列滚珠(3)中，外侧组滚珠(3)的节圆直径(PCDo)设定为大于内侧组双列滚珠(3)的节圆直径(PCDi)的值。同时，外部件(2)由碳含量按重量计为0.40～0.80％的中碳钢制成。双列外滚道表面(2a，2b)形成有由高频淬火形成的表面硬度范围为58～64HRC的硬化层(13)。硬化层(13)的有效深度设为至少2mm，该部位的最小壁厚(t3，t4)设为至少4mm。
文档编号B60B27/00GK101505975SQ200780030330
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月13日 优先权日2006年8月17日
发明者大槻寿志, 小森和雄, 龟高晃司 申请人:Ntn株式会社