專利名稱：車輪用軸承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輪用軸承裝置，用于可自由旋轉(zhuǎn)地支撐諸如汽車的車 輛車輪，具體地說，涉及這樣的車輪用軸承裝置，該軸承裝置能夠提高 強度和耐久性來延長使用壽命，同時達到其精度并降低制造成本。
背景技術(shù)：
通常，車輪軸承裝置用于通過驅(qū)動輪和從動輪的滾動軸承可自由旋 轉(zhuǎn)地支撐用于安裝車輪的轂輪。出于結(jié)構(gòu)原因，對于驅(qū)動輪通常采用內(nèi) 輪旋轉(zhuǎn)型，對于從動輪通常釆用內(nèi)輪旋轉(zhuǎn)型和外環(huán)旋轉(zhuǎn)型。在這種軸承 裝置中廣泛使用雙列角接觸滾動體軸承，因為其具有期望的軸承剛度、 對于未對準的高耐用度，和改進燃料消耗的小轉(zhuǎn)矩。雙列角接觸滾動體 軸承具有如下結(jié)構(gòu)多個滾動體被置于靜止環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)之間，并且對滾 動體應(yīng)用相對于靜止環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)的預(yù)定接觸角。
車輪用軸承裝置大致分為第一代結(jié)構(gòu)，其中雙列角接觸滾動體軸 承的車輪軸承裝配在懸架的轉(zhuǎn)向節(jié)形成部和轂輪之間；第二代結(jié)構(gòu)，其 中主體安裝法蘭或車輪安裝法蘭直接形成在外方部件的外圓周上；第三 代結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)側(cè)滾道面之一直接形成在轂輪的外圓周上；和第四代結(jié) 構(gòu)，其中內(nèi)側(cè)滾道面直接形成在轂輪和等速萬向接頭的外圓周上。
在這種由現(xiàn)有技術(shù)的雙列滾動軸承形成的車輪軸承裝置中，因為在 雙列軸承中的兩個軸承列布置是相同的，盡管其在直線運行過程中具有 足夠的剛度，但是在轉(zhuǎn)彎運行過程中不能總是得到最優(yōu)的剛度。就是說， 車輪和軸承裝置之間的位置關(guān)系通常設(shè)計成使得車輛的重量在直線運行 過程中充分作用在軸承滾動體列的中央，但是較大的徑向載荷和較大的 軸向載荷被施加到與轉(zhuǎn)彎方向相反一側(cè)的車輛軸(即，當向右轉(zhuǎn)彎時車 輛左側(cè)的軸)。因此有效的是使外側(cè)軸承列的剛度大于內(nèi)側(cè)軸承列的剛度，以便提高軸承裝置的耐用度和強度。因此可知圖6示出的車輪用軸
承裝置，其能夠在不加大軸承裝置情況下而具有高剛度。在下面的描述
中，當軸承裝置被安裝在車輛主體上時，術(shù)語裝置的"外側(cè)"(圖中左側(cè))
表示位于車輛主體外側(cè)的一側(cè)，術(shù)語裝置的"內(nèi)側(cè)"(圖中右側(cè))表示位 于車輛主體內(nèi)側(cè)的一側(cè)。
車輪用軸承裝置50由雙列角接觸滾動體軸承形成，該雙列角接觸滾 動體軸承包括外方部件51，該外方部件51在其外圓周上一體形成有主 體安裝法蘭51c，以便安裝在車輛的轉(zhuǎn)向節(jié)(未示出)上，并在其內(nèi)圓周 上一體形成有雙列外側(cè)滾道表面51a、 51b;內(nèi)方部件55，其包括轂輪52， 該轂輪52具有在其一端一體形成的用于安裝車輪(未示出)的車輪安裝 法蘭53,在內(nèi)方部件55的外圓周上與雙列外側(cè)滾道表面51a、 51b中的 一個外側(cè)滾道表面51a相對地形成的一個內(nèi)側(cè)滾道表面52a，以及從內(nèi)側(cè) 滾道面52a軸向延伸的小徑臺階部52b，內(nèi)方部件55還包括裝配在小徑 臺階部52b上的內(nèi)輪54，在該內(nèi)輪的外圓周與雙列外側(cè)滾道表面51a、 51b中的另一個外側(cè)滾道表面51b相對地形成有另一個內(nèi)側(cè)滾道面54a; 雙列滾動體56、 57，其可自由滾動地包含在外側(cè)滾道面51a、 51b和內(nèi)方 部件55的內(nèi)側(cè)滾道面52a、 54a之間；和用于可滾動地保持滾動體56、 57的保持器58、 59。
通過緊固部52c軸向固定不動地緊固內(nèi)輪54，緊固部52c通過使轂 輪52的小徑臺階部52b徑向向外塑性變形而形成。在形成于外方部件51 和內(nèi)方部件55之間的環(huán)形開口中安裝密封件60、 61，以防止包含在軸承 裝置內(nèi)的油脂泄露，并防止雨水或灰塵從外部進入軸承裝置。
外側(cè)滾動體列56的節(jié)圓直徑D1設(shè)置為大于內(nèi)側(cè)滾動體列57的節(jié)圓 直徑D2。因此轂輪52的內(nèi)側(cè)滾道面52a的直徑大于內(nèi)輪54的內(nèi)側(cè)滾道 面54a的直徑，并且外方部件51的外側(cè)外側(cè)滾道面51a的直徑大于外方 部件51的內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面51b的直徑。而且外側(cè)滾動體56的數(shù)量大于 內(nèi)側(cè)滾動體57的數(shù)量。通過設(shè)置外側(cè)節(jié)圓直徑Dl大于內(nèi)側(cè)節(jié)圓直徑D2 (D1>D2)，能夠獲得較大剛度的軸承裝置50并由此延長其壽命。
參考專利文獻l:日本特開2004-108449號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
在現(xiàn)有技術(shù)的車輪軸承裝置50中，外側(cè)滾動體列56的節(jié)圓直徑Dl 設(shè)置為大于內(nèi)側(cè)滾動體列57的節(jié)圓直徑D2。因此外方部件51的外側(cè)外 側(cè)滾道面51a的直徑形成為使得其大于外方部件51的內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面 51b的直徑，另外這些外側(cè)滾道面51a、 51b通過高頻感應(yīng)淬火形成有硬 化層。這能夠提高外側(cè)軸承列的剛度并因此確保車輪軸承裝置50的滾動 疲勞壽命、強度和耐用度。
然而，在內(nèi)方部件55和外方部件51中，為了確保可加工性并提高 滾動疲勞壽命，利用含有0.60-0.8%重量百分比的碳的碳鋼形成行駛時 與車輪一起旋轉(zhuǎn)的轂輪52，內(nèi)側(cè)滾道面52a通過高頻淬火形成預(yù)定的硬 化層。但是，在這種現(xiàn)有技術(shù)的車輪軸承裝置中，在驅(qū)動車輛的過程中 通過車輪安裝法蘭53向內(nèi)方部件55施加力矩載荷。內(nèi)側(cè)滾道面52a除 了經(jīng)受由該力矩載荷引起的彎曲應(yīng)力外還經(jīng)受來自滾動體56的壓縮應(yīng) 力，因此形成內(nèi)方部件55的金屬材料同時經(jīng)受由彎曲應(yīng)力引起的拉應(yīng)力 和由壓縮應(yīng)力引起的剪切應(yīng)力。因此不采用抵抗這些拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力 的手段很難確保足夠的耐用度。
而且在這種車輪軸承裝置中，當車輛在不平坦路面行駛時，有可能 任意滾道表面都會通過滾動體56引起壓痕。滾道表面壓痕將導(dǎo)致軸承裝 置的噪音并縮短軸承裝置的疲勞壽命。
另外，當外方部件51經(jīng)受過多沖擊載荷時外方部件51的外側(cè)滾道 面51a、 51b之間的肩部62、 63將引發(fā)任意變形。雙列滾動體56、 57之 間的節(jié)距"P"越小，越容易引發(fā)這種變形。因此通常不僅在雙列外側(cè)滾 道表面51a、 51b上形成硬化層，而且在雙列外側(cè)滾道表面51a、 51b之 間的肩部62、 63上也形成硬化層。然而，不僅制造成本將增加，而且由 于在肩部62、 63上額外地形成硬化層時的熱處理變形使精度將會降低。 尤其因為外方部件51的壁厚由于重量減輕的原因也被減小，考慮到車輪 軸承裝置的強度、精度和制造成本，需要嚴格地確定硬化層是否應(yīng)形成在肩部62、 63上。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種車輪用軸承裝置，其可解決下 面的問題提高軸承裝置的抗沖擊性、強度、耐用度、精度并降低軸承 裝置的制造成本，以延長其壽命。
解決問題的手段
為了達到本發(fā)明的目的，提供了車輪用軸承裝置，該軸承裝置包括: 外方部件，該外方部件在其內(nèi)圓周上形成有雙列外側(cè)滾道面；內(nèi)方部件，
該內(nèi)方部件包括轂輪，該轂輪在其一端部一體地形成有用于安裝車輪的 車輪安裝法蘭，并在其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對的內(nèi)側(cè)滾
道面；以及雙列滾動體，該雙列滾動體可自由滾動地收容在所述外方部 件和所述內(nèi)方部件各自的外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面之間，其特征在于， 所述外側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑大于所述內(nèi)側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直 徑；至少所述外方部件和所述轂輪由含有0.40-0. 80%重量百分比的碳的 中高碳鋼形成；所述內(nèi)側(cè)滾道面和所述外側(cè)滾道面分別形成有具有 58-64HRC的表面硬度的預(yù)定硬化層；以及在所述硬化層中金相組織的奧 氏體晶粒的粒度號被設(shè)定為7號以上。(權(quán)利要求1)
在具有雙列滾動元件的第一代至第四代的車輪軸承裝置中，因為外 側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑大于內(nèi)側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑；至少外 方部件和轂輪由含有重量百分比0.40-0. 80%的碳的中高碳鋼形成；內(nèi)側(cè) 滾道面和外側(cè)滾道面分別形成有具有58-64HRC的表面硬度的預(yù)定硬化 層；并且在硬化層中，金相組織的奧氏體晶粒的粒度號被選擇為大于7 號，所以與所述內(nèi)側(cè)部分相比，能夠通過有效地使用軸承空間來增加所 述外側(cè)部分的軸承剛度，還能夠通過在所述軸承部件的預(yù)定部分上以高 頻感應(yīng)淬火形成預(yù)定硬化層從而保持耐壓痕性，來延長軸承壽命。
優(yōu)選的是，所述雙列滾動體列的各個滾動體的尺寸相同，所述外側(cè) 滾動體列的滾動體數(shù)量大于所述內(nèi)側(cè)滾動體列的滾動體數(shù)量。這能夠通 過提高所述軸承裝置的剛度而進一步延長軸承壽命。(權(quán)利要求2)
優(yōu)選的是，所述外方部件和所述轂輪由含有Si: 0.5-1.0%重量百分比、Mn: 0. 1-2. 0%重量百分比、Cr: 0. 4-1. 0%重量百分比、0: 0.003 %重量百分比或更少，和其他成分為Fe和不可避免的雜質(zhì)的中高碳鋼制 成。這能夠保持所述外方部件和所述轂輪的可使用性并通過簡化淬火而 提高滾動疲勞壽命。(權(quán)利要求3)
還優(yōu)選的是，在所述外方部件和所述轂輪中添加了 O.O卜O. 15%重 量百分比的V (釩)。這能夠在熱處理過程中抑制奧氏體晶粒的生長，由 此細化所述奧氏體晶粒并在鋼材中形成高硬度碳化物，從而提高所述耐 磨性和所述滾動疲勞壽命。(權(quán)利要求4)
優(yōu)選的是，所述內(nèi)方部件包括轂輪，該轂輪在其一端一體地具有 車輪安裝法蘭，并在其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對的一個內(nèi) 側(cè)滾道面、和從該內(nèi)側(cè)滾道面軸向延伸的小徑臺階部；以及內(nèi)輪，該內(nèi) 輪被壓入所述轂輪的小徑臺階部，并在其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾 道面相對的另一個內(nèi)側(cè)滾道面；所述內(nèi)輪通過由所述小徑臺階部的端部 徑向塑性變形而形成的緊固部軸向固定；在所述轂輪的所述車輪安裝法 蘭一側(cè)的端部形成有缽盂狀凹部；該凹部的深度至少延伸到所述轂輪的 內(nèi)側(cè)滾道面的底部附近；并且所述轂輪的外側(cè)端部與該凹部相應(yīng)地成為 大致均勻的壁厚。這能夠確保所述軸承裝置的剛度并減小其重量和尺寸。 (權(quán)利要求5)
優(yōu)選的是，與所述雙列外側(cè)滾道面之間的距離L相應(yīng)地確定是否在 所述雙列外側(cè)滾道面之間的肩部形成硬化層，并且當所述距離L大于預(yù) 定值時，僅在所述雙列外側(cè)滾道面中形成所述硬化層，所述肩部保留為 未硬化部分。這能夠提供一種車輪用軸承裝置，其能解決下面的問題-提高軸承裝置的抗沖擊性、強度、耐用度和精度，并降低軸承裝置的制 造成本，以延長其壽命。(權(quán)利要求6)
還優(yōu)選的是，所述距離L被設(shè)定為14mm。這能夠減少熱處理步驟和 制造成本，并且通過抑制由于熱處理引起的變形而提高外方部件精度。 (權(quán)利要求7)
還優(yōu)選的是，所述外方部件的硬化層的有效硬化深度被設(shè)定為至少 2mm，并且該部分的最小壁厚被設(shè)定為至少4mm，這能夠防止由過熱引起的淬火裂紋，并且同時解決減小車輪軸承裝置的重量和尺寸與增加車輪 軸承裝置的剛度和強度的矛盾問題。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的車輪用軸承裝置，因為其包括外方部件，該外方部 件在其內(nèi)圓周上形成有雙列外側(cè)滾道面；內(nèi)方部件，該內(nèi)方部件包括轂 輪，該轂輪在其一端一體形成有車輪安裝法蘭，并在其外圓周表面一體
形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對設(shè)置的雙列內(nèi)側(cè)滾道面；以及雙列滾
動體，該雙列滾動體可自由滾動地包含在所述外方部件和所述內(nèi)方部件 各自的外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面之間，其特征在于，所述外側(cè)雙列滾動
體列的節(jié)圓直徑大于所述內(nèi)側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑；至少所述外方 部件和所述轂輪由含有0.40-0.80%重量百分比的碳的中高碳鋼形成；所 述內(nèi)側(cè)滾道面和所述外側(cè)滾道面分別形成有具有58-64服C的表面硬度的 預(yù)定硬化層；以及在所述硬化層中金相組織的奧氏體晶粒的粒度號被選 擇為大于7號，所以與所述內(nèi)側(cè)部分相比，能夠通過有效地使用軸承空 間來增加所述外側(cè)部分的軸承剛度，還能夠通過在所述軸承部件的預(yù)定 部分上以高頻感應(yīng)淬火形成預(yù)定硬化層從而保持耐壓痕性，以此來延長 軸承壽命。
具體實施例方式
實施本發(fā)明的最佳方式在于一種用于車輛車輪的軸承裝置，該軸承 裝置包括外方部件，該外方部件在其外圓周形成有主體安裝法蘭，以 便安裝到轉(zhuǎn)向節(jié)上，并在其內(nèi)圓周上形成有雙列外側(cè)滾道面；內(nèi)方部件， 該內(nèi)方部件包括轂輪和內(nèi)輪，所述轂輪在其一端具有一體形成的車輪安 裝法蘭，并在其外圓周表面形成有與雙列外滾道中的一個外滾道相對設(shè) 置的一個內(nèi)側(cè)滾道面，和從內(nèi)側(cè)滾道面軸向延伸的小徑臺階部，所述內(nèi) 輪適于裝配在轂輪的小徑臺階部上并在其外圓周形成有與雙列外側(cè)滾道 面的另一個外側(cè)滾道面相對布置的另一個內(nèi)側(cè)滾道面；以及雙列滾動元 件，所述雙列滾動元件可自由滾動地包含在所述外方部件和內(nèi)方部件各自的外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面之間；并且所述內(nèi)輪由通過轂輪的小徑臺
階部的端部徑向向外塑性變形而形成的緊固部軸向緊固在所述轂輪上， 其特征在于，外側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑大于內(nèi)側(cè)雙列滾動體列的節(jié)
圓直徑；滾動體列每個滾動體的外徑彼此相同，外側(cè)滾動體的數(shù)量大于 內(nèi)側(cè)滾動體的數(shù)量，外方部件和轂輪由含有0.40-0.80%重量百分比的碳 的中高碳鋼形成，內(nèi)側(cè)滾道面和外側(cè)滾道面通過高頻感應(yīng)淬火分別形成 有具有58-64服C的表面硬度的預(yù)定硬化層；在硬化層中金相組織的奧氏 體晶粒的粒度號被選擇為大于7號。
第一實施方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖1是示出了本發(fā)明的車輪用軸承裝置的第一實施方式的縱向截面 圖，圖2是圖1的車輪用軸承裝置的外方部件的截面圖，圖3是示出了 外方部件的硬化層圖案的說明圖，圖4是示出了奧氏體晶粒尺寸和沖擊 值之間的關(guān)系的曲線。另外，下面的說明中，在安裝于車輛上的狀態(tài)下， 將靠近車輛的外側(cè)的一側(cè)稱作外側(cè)(圖l的左側(cè))，將靠近中間的一側(cè)稱 作內(nèi)側(cè)(圖1的右側(cè))。圖1中示出的用于本發(fā)明的車輪用軸承裝置為用 于從動輪的第三代車輪用軸承裝置，其包括內(nèi)方部件l、外方部件2和可 滾動地包含在內(nèi)方部件1和外方部件2之間的雙列滾動元件(滾動體) 組3， 3。內(nèi)方部件1包括轂輪4和以預(yù)定的過盈(interference)壓配 到轂輪4上的內(nèi)輪5。
轂輪4在其外側(cè)端部一體形成有車輪安裝法蘭6，在其外圓周形成 有一個(外側(cè))內(nèi)側(cè)滾道面4a以及從內(nèi)側(cè)滾道面4a延伸經(jīng)過軸狀部7 的小徑臺階部4b。轂螺栓6a沿車輪安裝法蘭6的周邊等距設(shè)置在車輪安 裝法蘭6上。圓孔6b在轂螺栓6a之間形成。這些圓孔6b不僅減小了軸 承裝置的重量，而且為用于組裝和拆卸軸承裝置的任意緊固工具提供了 通道。
內(nèi)輪5在其外圓周上形成有另一個(內(nèi)側(cè))內(nèi)側(cè)滾道面5a并適于壓 配在轂輪4的小徑臺階部4b上以形成背靠背型的雙列角接觸滾動體軸承形而形成的緊固部4c軸向緊 固。內(nèi)輪5和滾動體3由高碳鉻鋼(例如，SUJ2)制成并通過浸漬淬火 硬化到其芯部以具有58-64HRC的表面硬度。
轂輪4由含有0.40-0. 80%重量百分比的碳的中高碳鋼制成(例如 S53C)，并通過高頻感應(yīng)淬火硬化，使得包括從車輪安裝法蘭6的內(nèi)側(cè)基 部6c至小徑臺階部4b的區(qū)域形成有硬化層8(由圖1上半部的交叉陰影 線所示)，該層具有58-64HRC的表面硬度。緊固部4c在鍛造之后保持其 表面硬度。因此，車輪安裝法蘭6具有足夠的機械強度以抵抗施加到其 上的旋轉(zhuǎn)彎曲荷載，內(nèi)輪5壓配區(qū)域處的小徑臺階部4b的耐磨強度可提 高，并且還可以在捻縫過程中沒有任何微裂紋的情況下執(zhí)行緊固部4c的 塑性變形加工。
外方部件2在其外圓周一體形成有主體安裝法蘭2c，以便安裝到車 輛轉(zhuǎn)向節(jié)(未示出)上，并且在其內(nèi)圓周一體形成有與轂輪4的內(nèi)側(cè)滾 道面4a相對的外側(cè)外側(cè)滾道面2a和與內(nèi)輪5的內(nèi)側(cè)滾道面5a相對的內(nèi) 側(cè)外側(cè)滾道面2b。雙列滾動體列3、 3包含在這些外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道 面之間并由保持器9、 IO可滾動地保持。密封件ll、 12安裝在外方部件 2和內(nèi)方部件1之間形成的環(huán)空間的開口內(nèi)，并防止包含在軸承中的油脂 泄露以及雨水和灰塵從外部進入軸承。
外方部件2由含有0. 40-0. 80%重量百分比的碳的中高碳鋼制成(例 如S53C)，并且雙列外側(cè)滾道面2a、 2b形成有硬化層13 (由圖1上半部 的交叉陰影線所示)，該硬化層通過高頻感應(yīng)淬火硬化從而具有58-64服C 的表面硬度。盡管此處示出的結(jié)構(gòu)是將滾動體用作滾動元件3的雙列角 接觸滾動體軸承，也可使用將錐形輥用作滾動元件3的雙列錐形輥軸承。 另外，本發(fā)明的車輪軸承裝置不限于第三代軸承結(jié)構(gòu)且可用于第一、第 二和第四代軸承結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，盡管各滾動體3的外徑是相同的，外 側(cè)滾動體列3的節(jié)圓直徑PCDo設(shè)置為大于內(nèi)側(cè)滾動體列3的節(jié)圓直徑 PCDi。由于節(jié)圓直徑PCDi和PCDo之間的差，外側(cè)滾動體列3的數(shù)量大 于內(nèi)側(cè)滾動體列3的數(shù)量。由此，能夠有效地利用軸承空間，與內(nèi)側(cè)相比，使外側(cè)部分的軸承剛度增大，能夠?qū)崿F(xiàn)延長軸承的壽命。
轂輪4的輪廓形狀從內(nèi)側(cè)滾道面4a的槽底部經(jīng)過相對部分15、軸 狀部7和肩部7b延續(xù)到小徑臺階部4b，所述軸狀部7從相對部15經(jīng)由 具有圓弧橫截面的階梯部7a軸向延伸，內(nèi)輪5抵靠肩部7b。大致軸向延 伸的圓錐凹部14形成在轂輪4的外側(cè)端部，以便減小軸承裝置的重量。 凹部14由鍛造形成且凹部14的深度延伸到至少轂輪4的外側(cè)內(nèi)側(cè)滾道 面4a的底部附近，使得轂輪4的外側(cè)端部分具有基本恒定的壁厚。
另一方面，在外方部件2中，由于節(jié)圓直徑PCDo和PCDi的差，使 得外側(cè)外側(cè)滾道面2a的直徑大于內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面2b的直徑。圓柱肩部 16從外側(cè)外側(cè)滾道面2a經(jīng)由錐形階梯部16a延伸到內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面2b 的肩部17。
在這種車輪軸承裝置中，通常設(shè)計成使得轂輪4和外方部件2在車 輛轉(zhuǎn)彎運行過程中可承受相當于0.8G (G:重力加速度)的載荷。在這種 情況下內(nèi)側(cè)滾道面4a和雙列外側(cè)滾道面2a、 2b由于靠著滾動元件而在 超過大約0.4mm的深度上經(jīng)受最大剪切應(yīng)力。因此，為了滿足所期望的 滾動疲勞壽命，硬化層8、 13在最大剪切應(yīng)力的情況下需要具有至少大 約5倍的深度，所以有效硬化層深度最小為2mm。
另外除了最小深度2mm以外，還需要考慮由高頻感應(yīng)淬火形成的硬 化層8、 13的彌散。因此，為了滿足所期望的滾動疲勞壽命，內(nèi)側(cè)滾道 面4a和雙列外側(cè)滾道面2a、 2b的硬化層8、 13被設(shè)計成使得它們在最 大剪切應(yīng)力情況下具有大約5倍深度的有效硬化深度(3.5mm)，這是通 過將由于高頻感應(yīng)淬火造成的彌散深度添加到最小深度2mm而確定的。
如圖2中所示，當最小壁厚部分(在這種情況下，為外側(cè)滾道面2a、 2b的槽底部部分)變得太薄時，有可能過熱而引起淬火裂紋，所以最小 壁厚tl、 t2設(shè)置為4mm，其中保留大約0. 5mm的未淬火部(未硬化層)。 這能夠解決減小軸承裝置的重量和尺寸與增加其剛度的矛盾問題從而增 加軸承裝置的強度和壽命。
根據(jù)本實施方式，硬化層僅保留在雙列滾道表面2a、 2b中且小徑臺 階部16、 17的內(nèi)圓周不淬火。這能夠減少熱處理步驟，從而降低制造成本，并通過抑制熱處理變形而提高外方部件2精度。根據(jù)本申請的申請 人進行的試驗，如在本實施方式中，外方部件2被拉長，并且雙列外側(cè)
滾道面2a、 2b之間的距離"L"設(shè)置為長的情況下，具體地說，在如圖3 (a)中所示L^14mm的情況下，外方部件2具有足夠的剛度抵抗施加到 軸承裝置的力矩載荷，相反，則不僅沒有特殊效果，而且即使硬化層13 將在肩部16、 17的內(nèi)圓周上不間斷形成，外方部件2的精度將變差。另 一方面，在雙列外側(cè)滾道面2a、 2b之間的距離"L"，即如圖3 (b)中所 示L〈14mm的情況下，外方部件2的剛度通過在肩部16、 17的內(nèi)圓周上 不間斷形成硬化層13而提高，并且可以發(fā)現(xiàn)熱處理步驟數(shù)和熱處理變形 都不會引起本質(zhì)差別。
如前所述，是否在雙列外側(cè)滾道面2a、 2b之間的肩部16、 17設(shè)置 硬化層13是基于雙列外側(cè)滾道面2a、 2b之間的距離"L"確定的。當距 離"L"大于預(yù)定值(14ram)時，僅在雙列外側(cè)滾道面2a、 2b中形成硬 化層13、 13，并且使肩部16、 17保持為未硬化部分。這能夠解決下面的 問題提高軸承裝置的抗沖擊性、強度、耐用度和精度，降低軸承裝置 的制造成本，從而延長其壽命。
如前所述，轂輪4和外方部件2由含有C: 0.40-0. 80%重量百分比 (優(yōu)選地0. 70-0.80%重量百分比)、Si: 0. 5-1.0%重量百分比、Mn: 0. 1-2. 0%重量百分比、Cr: 0. 4-1.0%重量百分比、0: 0.003%重量百 分比或更少，和其他成分為Fe和不可避免的雜質(zhì)的中高碳鋼制成。另外 在離滾道表面硬化層8、 13的表面0. lmm深度處的硬度被設(shè)置為具有 670Hv硬度或更多，且在硬化層8、 13中金相組織的奧氏體晶粒的粒度號 選擇為大于ASTM (美國材料試驗學會)所定義的7號。
奧氏體晶粒包括可通過應(yīng)用使晶界暴露的處理(例如蝕刻目標部件 樣品)而觀察的任何晶界。除了所述ASTM的晶粒度，也可使用以前的奧 氏體晶粒的粒度號?？筛鶕?jù)ASTM測量方法得到粒徑或通過將JIS (JISG 0551鋼的奧氏體晶粒粒度試驗方法)的粒度號平均值轉(zhuǎn)化為平均晶粒徑 而得到粒徑。
硬度或奧氏體晶粒是影響硬化層8、 13中鋼材料性質(zhì)的因素之一，并且據(jù)稱硬度越高，奧氏體晶粒越細，沖擊值越高。如從圖4明顯可見，
7號粒度的ASTM晶粒的表面沖擊值是4號粒度的ASTM晶粒的表面沖擊值 的2. 5倍。
在本發(fā)明中，因為離硬化層8、 13的表面0.1rm深度處的部分的硬 度被設(shè)置為具有高于670Hv的硬度，所以能夠抑制由滾動元件3施加的 壓縮應(yīng)力引起的彈性變形量并由此抑制施加到各滾道表面的剪切應(yīng)力。 另外，因為在硬化層8、 13中金相組織的奧氏體晶粒的粒度號被選擇為 大于7號，所以能夠提高耐用度，抵抗經(jīng)由車輪安裝法蘭6施加到軸承 裝置的力矩載荷引起的彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力，從而減小奧氏體晶界中引起 的應(yīng)力集中，通過抑制疲勞裂紋開口而提高滾動疲勞壽命，還通過增加 抗沖擊值來提高抗壓痕性。
在本發(fā)明中，熱鍛造的加熱溫度被設(shè)置在預(yù)定范圍內(nèi)，以便使奧氏 體晶粒粒徑最小化。就是說，在形成硬化層8、 13的高頻感應(yīng)淬火過程 中加熱溫度被設(shè)置在范圍900-110(TC內(nèi)。如果加熱溫度超過1100。C，奧 氏體晶粒粒徑將生長到大的尺寸，另一方面，如果加熱溫度低于900°C ，
金相組織沒有被足夠軟化從而會極大地降低可使用性。
除了C以外，將合金元素Mn、 Si、 Cr、 S、 O添加到鋼材中以形成外 方部件2和轂輪4。 Mn添加量為0. 1-2. 0%重量百分比來使淬火更容易并 形成如前所述的預(yù)定硬化層。如果Mn的量小于0. 1%重量百分比，則不 能充分獲得硬化層的厚度，另一方面，如果Mn的量超過2.0X重量百分 比，可用性將會降低。
添加量為0. 5-1. 0%重量百分比的元素Si來通過增強馬氏體而提高 滾動疲勞壽命。如果Si的量小于0.5%重量百分比，不能充分地獲得使 淬火變易的效果，另一方面，如果Si的量超過1.0%重量百分比，不僅 會降低可用性，還會增加鍛造之后的脫碳處理。
與Si類似，元素Cr也可通過增強馬氏體而提高滾動疲勞壽命，因 此其添加量為0. 4-1. 0%重量百分比。如果Cr的量小于0. 4%重量百分 比，則不能充分地獲得使淬火變易的效果，另一方面，如果Cr的量超過 1.0%重量百分比，會降低可用性。還添加了元素S。然而因為有可能S易于在鋼中形成諸如MnS的非 金屬雜質(zhì)，并形成導(dǎo)致硬化層剝落的起點，優(yōu)選地，S的量盡可能少并因 此限于0.03%重量百分比或更少。類似地，因為元素0易于在鋼中形成 諸如Al203的非金屬雜質(zhì)，從而對滾動疲勞壽命形成負面影響，0的量限 于0. 003%重量百分比或更少。
另外，其他合金元素添加到鋼材中以抑制奧氏體晶粒的生長并細化 奧氏體晶粒。更具體地，元素V添加量為0.01-0. 15%重量百分比。V易 于在鋼中形成高硬度碳化物并能夠提高耐磨性和滾動疲勞壽命。如果V 的量超過O. 15%重量百分比，會降低可用性，另一方面，如果V的量小 于0.01%重量百分比，不能起到提高壽命的效果。除了 V，也可添加呈 現(xiàn)類似效果的其他元素(例如Nb或Ti)。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，因為外側(cè)滾動體列3的節(jié) 圓直徑PCDo被設(shè)置為大于內(nèi)側(cè)滾動體列3的節(jié)圓直徑PCDi，并且由于節(jié) 圓直徑PCDi和PCDo之間的差，外側(cè)滾動體列3數(shù)量大于內(nèi)側(cè)滾動體列3 數(shù)量，所以能夠通過與內(nèi)側(cè)軸承剛度相比有效地利用軸承空間來增大外 側(cè)軸承剛度，在宏觀角度上延長車輪軸承裝置的壽命。另外因為在軸承 裝置的預(yù)定鋼件上通過高頻感應(yīng)淬火等形成預(yù)定硬化層，所以能夠通過 確?？箟汉坌远诤暧^角度上延長車輪軸承裝置的壽命。
第二實施方式
圖5是示出了本發(fā)明的車輪用軸承裝置的第二實施方式的縱向截面 圖。本實施方式為應(yīng)用于驅(qū)動輪的例子。此處使用相同附圖標記指示與 第一實施方式中使用的具有相同功能的相同部件，并且省略了它們的詳 細描述。
圖5示出的本發(fā)明的車輪用軸承裝置是用于驅(qū)動輪的第三代類型車 輪用軸承裝置，其包括內(nèi)方部件18、外方部件19和可滾動地包含在內(nèi)方 部件18和外方部件19之間的雙列滾動元件(滾動體)組3、 3。內(nèi)方部 件18包括轂輪20和以預(yù)定過盈壓配轂輪20上的內(nèi)輪5。
轂輪20在其外側(cè)端一體形成有車輪安裝法蘭6、在其外圓周上形成 有一個(外側(cè))內(nèi)側(cè)滾道面4a，以及從內(nèi)側(cè)滾道面4a通過軸狀部分7延
15伸的小徑臺階部4b。轂輪20還在內(nèi)圓周上形成有鋸齒(齒條)20a，用 于傳遞扭矩。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，盡管各滾動體3的外徑相同，但外側(cè) 滾動體列3的節(jié)圓直徑PCDo被設(shè)置為大于內(nèi)側(cè)滾動體列3的節(jié)圓直徑 PCDi。由于節(jié)圓直徑PCDi和PCDo之間的差，外側(cè)滾動體列3的數(shù)量大 于內(nèi)側(cè)滾動體列3的數(shù)量。
轂輪20的輪廓結(jié)構(gòu)從內(nèi)側(cè)滾道面4a的槽底部經(jīng)過相對部15、軸狀 部分7和肩部7b延續(xù)到小徑臺階部4b，所述軸狀部分7從相對部15軸 向延伸，內(nèi)輪5抵靠肩部7b。轂輪20形成有預(yù)定硬化層8，使得一個區(qū) 域包括內(nèi)側(cè)滾道面4a，而一部分包括軸狀部分7、臺階部分7c、肩部7b 和小徑臺階部4b。為了滿足所期望的滾動疲勞壽命，硬化層8的深度被 設(shè)計為使得它在最大剪切應(yīng)力情況下具有大約5倍深度的有效硬化深度 (3. 5mm)。
外方部件19在其外圓周一體形成有主體安裝法蘭2c，以便安裝到 車輛轉(zhuǎn)向節(jié)(未示出)上，在其內(nèi)圓周一體形成有與轂輪20的內(nèi)側(cè)滾道 面4a相對的外側(cè)外側(cè)滾道面2a和與內(nèi)輪5的內(nèi)側(cè)滾道面5a相對的內(nèi)側(cè) 外側(cè)滾道面2b。雙列滾動體列3、 3包含在這些外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面 之間并由保持器9、 IO可滾動地保持。
由于節(jié)圓直徑PCDo和PCDi之間的差，外方部件19的外側(cè)外側(cè)滾道 面2a的直徑大于內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面2b直徑。具有圓弧橫截面的階梯部19a 形成在外側(cè)外側(cè)滾道面2a的肩部16和內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面2b的肩部17之 間。外方部件19由含有0.40-0. 80%重量百分比的碳的中高碳鋼(例如 S53C)制成，并且雙列外側(cè)滾道面2a、 2b形成有硬化層13 (由圖5上半 部的交叉陰影線所示)，所述硬化層通過高頻感應(yīng)淬火硬化從而具有 58-64HRC的表面硬度。
類似于第一實施方式，最小壁厚tl、 t2被設(shè)定為4ram，其中保留大 約0. 5mm未硬化部分。另夕卜，因為雙列外側(cè)滾道面2a、 2b之間的距離"L" 大于14mm，硬化層13、 13僅在雙列外側(cè)滾道面2a、 2b中形成，并且肩 部16、 17保留為未硬化部，這能夠解決提高軸承裝置的抗沖擊性、強度、耐用度和精度，降低軸承裝置的制造成本的問題，以延長其壽命。
已經(jīng)參照優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行了描述。顯然，在閱讀并理解 上述詳細描述以后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以做出修改和變化。因此， 本發(fā)明應(yīng)當被解釋為包括落入所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)的所有 這些修改和變化。
工業(yè)應(yīng)用
本發(fā)明的車輪用軸承裝置不論用于驅(qū)動輪或從動輪都可應(yīng)用于第一 代至第四代的任意軸承裝置。


圖1是示出了本發(fā)明的車輪用軸承裝置的第一實施方式的縱向截面
圖2是圖1的車輪用軸承裝置的外方部件的截面圖； 圖3是示出了外方部件的硬化層圖案的示例圖，其中圖3 (a)示出
了L^14腿的情況，而圖3 (b)示出了 L〈14ram的情況；
圖4是示出了奧氏體晶粒粒徑和沖擊值之間的關(guān)系的曲線；
圖5是示出了本發(fā)明的車輪用軸承裝置的第二實施方式的縱向截面
圖；和
圖6是示出現(xiàn)有技術(shù)的車輪用軸承裝置的縱向截面圖。
附圖標記解釋
1、 18內(nèi)方部件
2、 19.........外方部件
3、、、、、、、、、滾動元件
4、 20.........轂輪
4a、 5a.........內(nèi)側(cè)滾道面
4b.........小徑臺階部
4c.........緊固部5.....…-內(nèi)輪
6…"…-車輪安裝法i
…-，轂輪螺栓
6b….…-'圓孔
6c…. 基部
7..."'，…軸狀部
7a、 7c、 16a、 19a.........階梯部
7b、 16、 17.........肩部
8、 13.........硬化層
9、 10.........保持器
11、 12.........密封件
14.........凹部
15.........相對部
20a.........鋸齒
50.........車輪用軸承裝置
51.........外方部件
51a.........外側(cè)外側(cè)滾道面
51b.........內(nèi)側(cè)外側(cè)滾道面
51c.........主體安裝法蘭
52.........轂輪
52a、 54a.........內(nèi)側(cè)滾道面
52b.........小徑臺階部
52c.........緊固部
53.........車輪安裝法蘭
54.........內(nèi)輪
55.........內(nèi)方部件
56. 57.........滾動體
58、 59.........保持器
60、 61.........密封件
1862、 63.........肩部
Dl.........外側(cè)滾動體的節(jié)圓直徑
D2.........內(nèi)側(cè)滾動體的節(jié)圓直徑
L.........雙列外側(cè)滾道面之間的距離
P.........雙列外側(cè)滾道面之間的節(jié)距
PCDo.........外側(cè)滾動體列的節(jié)圓直徑
PCDi.........內(nèi)側(cè)滾動體列的節(jié)圓直徑
tl、 t2.........外方部件的最小壁厚
19
權(quán)利要求
1、一種車輪用軸承裝置，其包括外方部件，該外方部件在其內(nèi)周形成有雙列外側(cè)滾道面；內(nèi)方部件，該內(nèi)方部件包括轂輪，該轂輪在其一端部一體地形成有用于安裝車輪的車輪安裝法蘭，并在其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對的內(nèi)側(cè)滾道面；以及雙列滾動體列，該雙列滾動體列可自由旋轉(zhuǎn)地收容在所述外方部件和所述內(nèi)方部件各自的外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面之間，其特征在于所述雙列滾動體列中的外側(cè)滾動體列的節(jié)圓直徑大于內(nèi)側(cè)滾動體列的節(jié)圓直徑；至少所述外方部件和所述轂輪由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳鋼制成；所述內(nèi)側(cè)滾道面和所述外側(cè)滾道面分別形成有具有58-64HRC的表面硬度的預(yù)定硬化層；以及在所述硬化層中金相組織的奧氏體晶粒的粒度號被設(shè)定為7號以上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車輪用軸承裝置，其中，所述雙列滾動體 列的各個滾動體的尺寸相同，所述外側(cè)滾動體列的滾動體數(shù)量大于所述 內(nèi)側(cè)滾動體列的滾動體數(shù)量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輪用軸承裝置，其中，所述外方部 件和所述轂輪由含有Si: 0.5-1.0%重量百分比、Mn: 0.1-2.0%重量百 分比、Cr: 0.4-1.0%重量百分比、0: 0.003%重量百分比或更少，和其 他成分為Fe和不可避免的雜質(zhì)的中高碳鋼制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的車輪用軸承裝置，其中，在 所述外方部件和所述轂輪中添加了 0. 01-0. 15%重量百分比的V。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的車輪用軸承裝置，其中所述 內(nèi)方部件包括轂輪，該轂輪在其一端一體地具有車輪安裝法蘭，并在 其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對的一個內(nèi)側(cè)滾道面、和從該內(nèi) 側(cè)滾道面軸向延伸的小徑臺階部；以及內(nèi)輪，該內(nèi)輪被壓入所述轂輪的小徑臺階部，并在其外周形成有與所述雙列外側(cè)滾道面相對的另一個內(nèi)側(cè)滾道面；所述內(nèi)輪通過由所述小徑臺階部的端部徑向塑性變形而形成 的緊固部軸向固定；在所述轂輪的所述車輪安裝法蘭一側(cè)的端部形成有 缽盂狀凹部；該凹部的深度至少延伸到所述轂輪的內(nèi)側(cè)滾道面的底部附 近；并且所述轂輪的外側(cè)端部與該凹部相應(yīng)地成為大致均勻的壁厚。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的車輪用軸承裝置，其中，與 所述雙列外側(cè)滾道面之間的距離L相應(yīng)地確定是否在所述雙列外側(cè)滾道 面之間的肩部形成硬化層，并且當所述距離L大于預(yù)定值時，僅在所述 雙列外側(cè)滾道面中形成所述硬化層，所述肩部保留為未硬化部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輪用軸承裝置，其中，所述距離L被設(shè) 定為14mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的車輪用軸承裝置，其中，所述外方部 件的硬化層的有效硬化深度被設(shè)定為至少2mm，并且該部分的最小壁厚被 設(shè)定為至少4mm。
全文摘要
本發(fā)明的一個目的是提供一種車輪用軸承裝置，其可解決下面的問題提高軸承裝置的抗沖擊性、強度、耐用度和精度，并降低軸承裝置的制造成本，以延長其壽命。根據(jù)本發(fā)明提供了車輪用軸承裝置，該軸承裝置包括外方部件，該外方部件在其內(nèi)圓周上形成有雙列外側(cè)滾道面；內(nèi)方部件，該內(nèi)方部件包括轂輪，該轂輪在其一端一體形成有車輪安裝法蘭，并在其外圓周表面一體形成有與雙列外側(cè)滾道面相對設(shè)置的雙列內(nèi)側(cè)滾道面；以及雙列滾動體，該雙列滾動體可自由滾動地包含在外方部件和內(nèi)方部件各自的外側(cè)滾道面和內(nèi)側(cè)滾道面之間，其特征在于，外側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑大于內(nèi)側(cè)雙列滾動體列的節(jié)圓直徑；至少外方部件和轂輪由含有0.40-0.80％重量百分比的碳的中高碳鋼形成；內(nèi)側(cè)滾道面和外側(cè)滾道面分別由具有58-64HRC的表面硬度的預(yù)定硬化層形成；以及在硬化層中金相組織的奧氏體晶粒的粒度號被選擇為大于7號。
文檔編號F16C33/58GK101542148SQ20078004231
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者大槻壽志, 龜高晃司 申請人:Ntn株式會社