CN101675259A - 车轮用轴承及具有该车轮用轴承的车轮用轴承装置 - Google Patents

车轮用轴承及具有该车轮用轴承的车轮用轴承装置 Download PDF

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Abstract

[问题]提供一种减少了重量、尺寸和成本并提高了密封能力、轴承精度和耐久性的车轮用轴承装置。[解决问题的手段]一种适用于车轮并具有第一代结构的轴承装置由在一端一体具有车轮安装凸缘(5)的毂轮(1)、和背对背类型的双列角接触滚珠轴承构成。外部构件(7)和内圈(8)由管状材料通过冷轧制成。密封件(11)装配到形成在外部构件(7)的相反端上的中空圆筒形部(13)中。在轴向上延伸的肩部(14)形成在内圈(8)的大直径侧的端部上。密封件(11)的密封唇与肩部(14)滑动接触。通过磨削将滚道表面(7a、8a)、外部构件(7)的装配密封件(11)的中空圆筒形部(13)和内圈(8)的肩部(14)形成为预定尺寸和精度。肩部(14)用作密封件(11)的平台。

Description

车轮用轴承及具有该车轮用轴承的车轮用轴承装置
技术领域
本发明涉及一种用于自由旋转地支撑诸如汽车之类的车辆的车轮的车轮用轴承，更具体涉及一种旨在减少其重量、尺寸和制造成本并改善轴承的耐久性的车轮用轴承及具有该车轮用轴承的车轮用轴承装置。
背景技术
支撑车辆车轮的车轮用轴承装置经由双列滚动轴承自由旋转地支撑用于安装车轮的毂轮，存在用于驱动轮和从动轮的车轮用轴承装置。由于结构上的原因，内圈旋转型用于驱动轮，而内圈旋转型和外部构件旋转型二者用于从动轮。在车轮用轴承装置中存在四代类型，即：第一代类型，其中包括双列角接触滚珠轴承等的车轮用轴承装配在悬吊装置的转向节形成部分和毂轮之间；第二代类型，其中车体安装凸缘或者车轮安装凸缘直接形成在外部构件的外周上；第三代类型，其中一个内滚道表面直接形成于毂轮的外周上；以及***类型，其中内滚道表面分别形成于毂轮和外接头构件的外周上。
迄今为止，已知一种角接触滚珠轴承，在该轴承中，通过冲压钢板来形成内圈和外圈(外部构件)。例如，图11示出了在磁性硬盘设备中使用的角接触滚珠轴承50，其中，通过冲压或者轧制不锈钢板来形成外圈51和一对内圈52、53。
外部构件51在其大致轴向中央部分形成有径向向内突出的环形突起51a，在其内周面上环形突起51a的任一侧形成有外滚道表面51b、51c。外圈51装配在壳体54的孔中，并通过形成于其一端的凸缘51d与壳体54的端面抵接来进行轴向定位。在外圈51的外周上形成环形凹部51e，以在外圈51的内周上形成环形突起51a。环形凹部填有粘合剂，以将外圈51固定在壳体54的孔中。
另一方面，内圈52、53装配至外圈51中。内圈52、53的轴向外端分别形成有弯曲肩部52a、53a，并且弯曲肩部52a、53a分别形成有内滚道表面52b、53b。双列滚珠56、56布置在内圈52、53的内滚道表面52b、53b和外圈51的双列外滚道表面51b、51c之间，并在每一列上由保持架57、57保持。
待与轴构件55间隙配合的装配部52c、53c分别形成于内圈52、53的内周上。在将内圈52、53与轴构件55进行间隙配合之后，具有恒定重量的圆筒形重物59被放置于一个内圈52的弯曲肩部52a上。通过重物59，经由滚珠56使另一个内圈53的弯曲肩部53a压靠轴构件55的凸缘部分55a，由此，向角接触滚珠轴承50施加合适的预加负载。
在间隙配合完成之后，一个内圈52的弯曲肩部52a和轴构件55之间的空隙填充有粘合剂60。由此，防止了一个内圈52从轴构件55滑落，并且还通过轴构件55的凸缘55a防止了另一个内圈53从轴构件55滑落。
参考专利文献1：日本实用新型公报No.1835/1994
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，如果试图将其中由钢板通过冲压加工而形成外部构件51和内圈52、53的角接触滚珠轴承50用作车轮用轴承，则需要在外圈51和内圈52、53之间形成的环形开口中安装一些密封件。这不仅增加了部件数量，而且将显著改变结构以保留用于密封件的空间，由此也增加了制造成本、重量和尺寸。此外，各组件、更具体为各滚道表面难以具有与现有技术的通过切削加工制成的各组件相同的精度。
另外，担心会有以下情况：在车辆转向时由于向车轮用轴承施加力矩负载，滚珠56的接触椭圆易于越过外滚道表面51b的肩并从该外滚道表面51b出来(称作“肩上越过”)。还担心的是由于肩上越过而在肩A处造成“边缘负载”。术语“边缘负载”指在角落等处造成过度应力集中，即导致过早剥落的一个现象。
在外圈51的轧制加工中通过使外圈51的轴向中央部分凹陷来形成环形突起51a时，如果使环形突起51a距离外滚道表面51b的高度较大，则在转矩施加到轴承时滚珠56难以越过肩A。但是在这种情况下，担心有以下情况：外周和环形凹部51e之间的过渡部B的壁厚将根据曲率半径R变薄，并且在肩的高度较大时将在肩部A中造成裂缝。尽管了解到通过增加加工步骤来抑制拉伸率将防止裂缝的产生，但是这不仅增加了制造成本而且降低了制造精度，从而难以确保期望的轴承精度。
因此，本发明的目的在于提供一种能够减少制造成本、重量和尺寸并改善轴承的密封性和精度的车轮用轴承及具有该车轮用轴承的车轮用轴承装置。
本发明的另一个目的是改善车轮用轴承的耐久性。
解决问题的方法
为实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种形成背对背双联轴承类型的双列角接触滚珠轴承的车轮用轴承，该车轮用轴承包括：外部构件，在该外部构件的内周上形成有均具有圆弧纵向截面的外滚道表面；一对内圈，在各内圈的外周上均形成有具有圆弧纵向截面的内滚道表面，所述各个内滚道表面与所述外滚道表面的一个相对布置，一个内圈的较小直径侧端与另一个内圈的较小直径侧端抵接；双列滚珠，它们容纳在所述外部构件的所述外滚道表面和所述内圈的所述内滚道表面之间并由保持架保持在其中；以及密封件，它们安装在形成于所述外部构件和内圈之间的环形开口中，所述车轮用轴承的特征在于：所述外部构件和所述内圈由管状构件通过塑性变形而制成；并且所述外滚道表面和所述内滚道表面、形成所述密封件的装配部的所述外部构件的筒形部和/或形成平台部分的所述内圈的肩部通过磨削形成为具有预定的尺寸和精度。(权利要求1)
根据权利要求1所述的车轮用轴承，由于所述外部构件和所述内圈由管状构件通过塑性变形而制成；并且所述外滚道表面和所述内滚道表面、形成所述密封件的装配部的所述外部构件的筒形部和/或形成平台部分的所述内圈的肩部通过磨削形成为具有预定的尺寸和精度，所以能够提高车轮用轴承的生产率和生产量，减小制造成本，还确保与现有的车轮用轴承相同的车轮用轴承的精度和密封性。
优选所述外部构件和所述内圈通过冷轧加工制成。这使得能够具有基本均匀的壁厚并且确保车轮用轴承的结构和尺寸中的预定精度。(权利要求2)
优选的是，在用Dw表示所述滚珠的直径，用H表示环形突起距离所述外部构件的所述外滚道表面的底部的高度时，H/Dw的比设置在0.30～0.43的范围内。这使得能够确保期望的轴承精度，以防止滚道表面的肩部中产生裂缝，还防止在向轴承施加转矩时，滚珠的接触椭圆越过肩部。从而能够提供具有改善的耐久性的车轮用轴承。(权利要求3)
优选通过轧制加工在所述外部构件的两端上形成筒形部，所述密封件装配到所述筒形部中，通过所述轧制加工形成在所述内圈的较大直径侧端上沿轴向延伸的肩部，所述密封件的密封唇与所述内圈的所述肩部的表面滑动接触。这使得能够具有期望的车轮用轴承的密封性。(权利要求4)
还优选的是，所述密封件包括均具有大致L形截面并且彼此相对布置的抛油环和密封板，所述密封板包括侧唇和径向唇，通过轧制加工在所述外部构件的两端上形成筒形部，所述密封板装配到筒形部中，通过轧制加工形成在所述内圈的较大直径侧端上沿轴向延伸的肩部，所述抛油环压配至所述肩部上，所述密封板的所述密封唇与所述抛油环的表面滑动接触。这样使得能够具有更加紧密的密封性。(权利要求5)
优选通过轧制加工在所述外部构件的两端上形成沿径向向内延伸的肩部，并且所述密封件一体形成在所述肩部上。这使得能够减少车轮用轴承的组件数量和组装步骤，从而减少了其制造成本。(权利要求6)
还优选的是，所述外部构件的两端面和所述内圈的较大直径侧端面在它们的塑性变形加工后通过车削加工形成，并且所述外滚道表面和所述内滚道表面、所述外部构件的外周面、所述内圈的内周面和较小直径侧端面在它们的热处理后通过磨削加工形成为具有预定尺寸和精度。这样使得能够确保与现有的车轮用轴承相同的精度。(权利要求7)
优选的是，使所述外部构件的轴向中央部分的外周环形凹陷以在其内周上形成环形突起，在所述环形突起的径向最内侧部分上具有平面，连接所述外滚道表面和所述环形突起的肩部与所述外滚道表面的磨削同时通过成型砂轮被磨削为具有圆弧截面。这样使得能够确保期望的轴承精度，防止在滚道表面的肩部上产生裂缝。此外，由于所述肩部与所述外滚道表面平滑连接，所以还能够防止在向轴承施加转矩时滚珠的接触椭圆越过肩部从而产生边缘负载，由此能够提供具有改善的耐久性的车轮用轴承。(权利要求8)
还优选的是，所述环形突起的所述平面通过轧制加工来形成为具有相对于所述环形突起的肩部的较小的阶梯差。这使得能够在轧制步骤中防止肩部上产生裂缝，并通过在所述肩部填充坯料而适当确保环形突起的肩部距离外滚道表面的高度。(权利要求9)
还优选的是，所述双列外滚道表面被成型砂轮同时磨削。这使得能够减少制造步骤和成本，将双列外滚道表面的槽直径和槽间的间距中的误差限制在预定精度内，从而进一步改善轴承精度。(权利要求10)
优选所述外部构件的外周和环形凹部之间的过渡部形成为具有预定的曲率半径的圆弧截面并且还具有基本均匀的壁厚。这使得能够防止在滚道表面的肩部上产生裂缝。此外，还能够防止在向轴承施加转矩时，滚珠的接触椭圆越过肩部从而造成边缘负载，从而能够提供具有改善的耐久性的车轮用轴承。术语“基本均匀”表示变形前的管状构件的均匀壁厚，以及在变形后获得的除了在过渡部中形成圆弧截面外不会造成材料的塑性流动的壁厚。由此应当理解，术语“基本均匀”还包括在过渡部中形成圆弧截面时由于材料的位移而造成的微薄和微厚的壁厚的情形。(权利要求11)
还优选的是，所述过渡部的曲率半径R设置在1.5～1.8Rw的范围内(其中Rw为所述滚珠的半径)。这使得能够防止刚度由于壁厚的减少而减小，以及塑性变形加工的生产率由于壁厚的增加而减少。(权利要求12)
还优选的是，所述保持架通过塑料树脂的注射成型形成为扣入型，所述滚珠由所述保持架可自由滚动地保持而不会脱落，并且对置部通过塑性变形加工形成在与所述外滚道表面的肩部相对的位置。这使得能够防止在组装步骤中曾经组装的滚珠盒从外部构件脱落，从而简化车轮用轴承的组装。术语“扣入型”表示通过合成树脂的弹性而可拆卸地安装滚珠的扣型的保持架。(权利要求13)
优选所述对置部的内径设置成小于滚珠盒中的滚珠的外接圆直径，所述滚珠由所述保持架保持在所述滚珠盒中。这使得能够可靠防止滚珠盒从外部构件脱落。(权利要求14)
优选对置部通过塑性变形加工形成在与所述内滚道表面的肩部相对的位置上，所述对置部的外径设置成大于滚珠盒中的滚珠的内切圆直径，所述滚珠由所述保持架保持在所述滚珠盒中。这使得能够防止在组装步骤中曾经组装的内圈沿轴向脱落，从而简化车轮用轴承的组装。(权利要求15)
还优选的是，所述对置部在热处理后与所述内滚道表面的磨削同时地由成型砂轮磨削。这使得能够消除由热处理造成的变形地来进一步精加工对置部的内周，以抑制由于滚珠通过对置部而造成滚珠上产生刮痕，并且提供具有高质量和可靠性的车轮用轴承。(权利要求16)
根据本发明的另一个方面，提供了一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：毂轮，该毂轮在其一个端部上一体形成车轮安装凸缘和经由该毂轮的肩部从所述车轮安装凸缘沿轴向延伸的筒形部；经由预定干涉压配至所述毂轮的所述筒形部的根据权利要求1～16的任一项所述的车轮用轴承，所述车轮用轴承装置的特征在于，等速万向节的外接头构件经由其与毂轮间的锯齿接合装配到所述毂轮中，一对内圈夹持在所述毂轮的肩部和所述外接头构件的肩部之间并被施加预定的轴承预压。(权利要求17)
根据权利要求17中限定的第一代类型的车轮用轴承装置，由于该车轮用轴承装置包括：毂轮，该毂轮在其一个端部上一体形成车轮安装凸缘和经由该毂轮的肩部从所述车轮安装凸缘沿轴向延伸的筒形部；经由预定干涉压配至所述毂轮的所述筒形部的根据权利要求1～16中的任一项所述的车轮用轴承，所述车轮用轴承装置的特征在于，等速万向节的外接头构件经由其与毂轮间的锯齿接合装配到所述毂轮中，一对内圈夹持在所述毂轮1的肩部和所述外接头构件的肩部之间并被施加预定的轴承预压，所以能够增加轴承刚性并且提高轴承的滚动疲劳寿命。
发明效果
根据本发明的车轮用轴承，由于该车轮用轴承包括：外部构件，在该外部构件的内周上形成有均具有圆弧纵向截面的外滚道表面；一对内圈，在各内圈的外周上形成有具有圆弧纵向截面的内滚道表面，所述各个内滚道表面与所述外滚道表面的一个相对布置，一个内圈的较小直径侧端与另一个内圈的较小直径侧端抵接；双列滚珠，它们容纳在所述外部构件的所述外滚道表面和所述内圈的所述内滚道表面之间并由保持架保持在其中；以及密封件，它们安装在形成与所述外部构件和内圈之间的环形开口中，所述车轮用轴承的特征在于：所述外部构件和所述内圈由管状构件通过塑性变形而制成；并且所述外滚道表面和所述内滚道表面、形成所述密封件的装配部的所述外部构件的筒形部和/或形成平台部分的所述内圈的肩部通过磨削形成为具有预定的尺寸和精度，能够提高车轮用轴承的生产率和生产量，减小制造成本，还确保与现有的车轮用轴承相同的车轮用轴承的精度和密封性。
实施本发明的最佳方式
实施本发明的最佳方式是一种形成背对背双联轴承类型的双列角接触滚珠轴承的车轮用轴承，该车轮用轴承包括：外部构件，在该外部构件的内周上形成有均具有圆弧纵向截面的外滚道表面；一对内圈，在各内圈的外周上均形成有具有圆弧纵向截面的内滚道表面，所述各个内滚道表面与所述外滚道表面的一个相对布置，一个内圈的较小直径侧端与另一个内圈的较小直径侧端抵接；双列滚珠，它们容纳在所述外部构件的所述外滚道表面和所述内圈的所述内滚道表面之间并由保持架保持在其中；以及密封件，它们安装在形成于所述外部构件和内圈之间的环形开口中，所述车轮用轴承的特征在于：所述外部构件和所述内圈由管状构件通过轧制而制成；所述密封件装配到所述外部构件的所述筒形部中，沿轴向延伸的肩部形成在所述内圈的较大直径侧端上，所述密封件的密封唇与所述肩部滑动接触，并且所述外滚道表面和所述内滚到表面、所述密封件的装配面和密封平台部分通过磨削形成为具有预定尺寸和精度。
附图说明
图1是示出了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是图1的车轮用轴承的局部放大图；
图3(a)是仅示出了图2的外圈的纵向剖面图，图3(b)是仅示出了内圈的纵向剖面图；
图4(a)是示出了外部构件的磨削加工的说明图，图4(b)是示出了图4(a)的修改例的说明图；
图5(a)是示出了图2的车轮用轴承的修改例的放大图，图5(b)是示出了图5(a)的密封件的局部放大图；
图6是示出了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7是示出了本发明的车轮用轴承的第三实施方式的纵向剖面图；
图8(a)是仅示出了图7的外圈的纵向剖面图，图8(b)是图8(a)的局部放大图；
图9(a)是仅示出了图7的内圈的纵向剖面图，图9(b)是图9(a)的局部放大图；
图10是示出了本发明的车轮用轴承的第四实施方式的纵向剖面图；并且
图11是示出了现有技术的角接触滚珠轴承的纵向剖视图，其中，内圈和外圈通过冲压加工来形成。
附图标记说明
1.........毂轮
1a，14，20，22，26，36，46a.........肩部
1b.........筒形部
1c，21a.........锯齿
2，28，34，38，45.........车轮用轴承
3.........等速万向节
4.........固定螺母
5.........车轮安装凸缘
6.........转向节
7，24，35，39.........外部构件
7a.........外滚道表面
7b.........外部构件的外周
8，40，46.........内圈
8a.........内滚道表面
8b.........小直径侧端面
8c.........孔(内圈的内周)
9.........保持架
9a.........凹穴
10.........滚珠
11，29，37，47.........密封件
11a，32，48.........芯金属
11b，33，49.........密封构件
12，25.........环形突起
13，30a.........筒形部
15.........外接头构件
16.........接头内圈
17.........保持架
18.........扭矩传递滚珠
19.........口部
21.........轴部
21b.........外螺纹
23，27.........成型砂轮
23a，27a.........小直径部分
23b，27b.........槽部
23c，27c.........角部
30.........抛油环
30b.........直立部
31.........密封板
33a，49a，49b.........侧唇
33b，33c.........径向唇
36a.........阶梯部
41.........环形凹部
42.........过渡部(连接部)
43，44.........对置部(counter portion)
46b.........内圈的大直径侧的端面
50.........角接触滚珠轴承
51.........外圈
51a.........环形突起
51b，51c.........外滚道表面
51d.........凸缘
51e.........环形凹部
52，53.........内圈
52a，53a.........弯曲肩部
52b，53b.........内滚道表面
52c，53c.........装配部
54.........壳体
55.........轴构件
55a.........凸缘部
56.........滚珠
57.........保持架
59.........重物
60.........粘合剂
A.........肩部
B.........过渡部(连接部)
dc.........内圈的对置部的外径
Dc.........外部构件的对置部的内径
di.........内滚道表面的槽底直径
Do.........外滚道表面的槽底直径
R.........曲率半径
Rw.........滚珠半径
δ.........阶梯部
δi.........内圈的对置部的突出量
δo.........外部构件的对置部的突出量
具体实施方式
第一实施方式
下文将参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1是示出了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是图1的车轮用轴承的局部放大图；图3(a)是仅示出了图2的外圈的纵向剖面图，图3(b)是仅示出了图2的内圈的纵向剖面图；图4(a)是示出了外部构件的磨削加工的说明图，图4(b)是示出了图4(a)的修改例的说明图。在下面的描述中，当所述轴承装置安装在车体上时，术语“外侧”指的是位于车体外面的一侧(图1中的左手侧)，术语“内侧”指的是位于车体里面的一侧(图1中的右手侧)。
图1所示的车轮用轴承装置形成为第一代类型的结构，并具有毂轮1和安装在轮毂1上的车轮用轴承2。等速万向节3装配入毂轮1中以便能够在它们之间传递扭矩，并且经由固定螺母4可分离地固定在毂轮1上。
毂轮1在其外侧端一体形成有车轮安装凸缘5和经由其肩部1a从车轮安装凸缘5轴向延伸的筒形部1b。在毂轮1的内周上还形成用于扭矩传递的锯齿(或花键)1c。轮毂1由以重量计含碳0.40-0.80％的中碳钢(例如S53C)制成并进行锻造。为了增加抵抗弯曲的疲劳强度，通过热精炼或通过高频感应淬火在锻造后在从肩部1a到筒形部1b的区域内可将毂轮1硬化为具有58HRC～64HRC的表面硬度。
如图2所示，车轮用轴承2装配入转向节6中并且包括：外部构件(外圈)7，在其内周上形成双列外滚道表面7a、7a；一对内圈8、8，在它们的外周上形成双列内滚道表面8a、8a，双列内滚道表面8a、8a适于与外滚道表面7a、7a相对布置；双列滚珠10、10，它们由保持架9、9可自由滚动地保持在外滚道表面7a、7a和内滚道表面8a、8a之间；以及安装在外部构件7的两端上的密封件11。内圈8、8布置成它们的较小直径端面8b、8b抵接以形成所谓的背对背双联轴承的角接触滚珠轴承。
各密封件11包括适于装配在外部构件7的筒形部13中的芯金属11a，和由例如丁腈橡胶的弹性体制成的密封构件11b，密封构件11b具有一对径向唇并通过硫化粘接粘附至芯金属11a。从而能够有效防止密封在车轮用轴承内的润滑油泄露以及雨水或灰尘从轴承装置外部渗入。还能够使用所谓的填料密封，其中抛油环压配合到内圈8上，并且布置在该外部构件7的筒形部13上的密封构件与该抛油环相对，以使密封构件的密封唇与抛油环滑动接触。
如图1所示，等速万向节3包括外接头构件15、接头内圈16、保持架17和扭矩传递滚珠18。外接头构件15包括杯型口部19、形成口部19的底部的肩部20以及从肩部20沿轴向延伸的轴部21。外接头构件15的轴部21上形成有用于与毂轮1的锯齿1c接合的锯齿21a。外螺纹21b形成在轴部21的端部上。外接头构件15经由锯齿1c、21a装配入毂轮1中直到肩部20与内圈8的较大端面抵接为止。一对内圈8、8在毂轮1的筒形部1b上经由预定干涉被夹持在肩部1a和外接头构件15的肩部20之间。此外，通过将固定螺母4紧固在外螺纹21b上来向车轮用轴承施加预定的轴承预压。这样能够增加轴承刚性并且提高轴承的滚动疲劳寿命。
外部构件7和内圈8由管状构件通过冲压或冷轧加工(以下称作“塑性变形加工”)形成，所述管状构件由轴承钢(例如SUJ 2)或泡钢(例如SCr 420或SCM 415)形成。SUJ 2通过浸入淬火或高频感应淬火进行热处理，泡钢通过渗碳淬火进行热处理，以具有50HRC～64HRC的表面硬度。其它构件也可用于外部构件7和内圈8，例如SCM 440、冷轧钢板(JIS SPCC族)或碳钢(例如S53C)。在冷轧钢板或碳钢的情况下，至少外部构件7的双列外滚道表面7a、7a和至少内圈8的内滚道表面8a通过高频感应淬火进行硬化，从而具有50HRC～64HRC的表面硬度，以提高滚动疲劳寿命。如果必要，对外滚道表面和内滚道表面进行磨削或超精加工，以具有预定的尺寸和精度。
接着将参照图3来详细描述外部构件7和内圈8的结构。
如图3(a)所示，外部构件7由管状构件通过塑性变形制成，以在其内周上具有径向向内突出的环形突起12和均具有圆弧截面的双列外滚道表面7a、7a，并在两端具有装配有密封件11的筒形部13、13。在塑性变形加工后磨削双列外滚道表面7a、7a和筒形部13，以具有预定的尺寸和精度。能够通过车削加工来消除在两个端面上产生的毛刺。如果必要，可以磨削外部构件的任何部分。
为了使环形突起12的肩距离外滚道表面7a的高度合适，在外部构件7的塑性变形期间，环形突起12的内周表面形成为具有平整结构。此外，使外部构件7的轴向中央部分凹陷以促使外部构件7的材料填充在肩部22中。
另一方面，如图3(b)所示，内圈8由管状构件通过塑性变形制成，以在其外周上具有内滚道表面8a和从内滚道表面8a沿轴向延伸的肩部14。肩部14形成用于密封件11的密封平台部分，从而在塑性变形加工后与内滚道表面8a同时被磨削以具有预定的尺寸和精度。与外部构件7类似，在塑性变形加工中产生毛边的两端能够在塑性变形加工后被车削，并且在必要时进行磨削。
根据本发明，由于外部构件7和内圈8通过使管状部件塑性变形而制成，并且外滚道表面7a、内滚道表面8a、在其上装配有密封件11的外部构件7的筒形部13以及形成密封件11的平台部分的内圈8的肩部14被磨削，所以能够提高车轮用轴承的生产率和生产量，降低制造成本，还确保与现有的车轮用轴承相同的车轮用轴承的精度和密封性。
在通过塑性变形加工形成环形突起12时，考虑到实现在肩部22中填充材料并抑制裂缝的产生，连接外滚道表面7a和环形突起12的肩部22的曲率半径R没有必要较小。由此，在磨削外滚道表面7a时限制待磨削的范围。由此根据本发明，在塑性变形加工中，设置环形突起12的内周面距离外滚道表面7a的底表面的高度H，以使高度H在预定范围内。更具体而言，在用Dw表示滚珠10的直径时，将用肩高H除以滚珠10的直径Dw的值(即H/Dw)设置在0.30～0.43的范围内，优选在0.35～0.40的范围内。这样能够确保期望的轴承精度，防止在滚道表面的肩部上产生裂缝，还防止在向轴承施加转矩时，滚珠10的接触椭圆越过肩部22。
这是因为担心有以下情况：如果H/Dw的值小于0.30，那么在以25～35°的顺序接触角向轴承施加转矩时，滚珠10的接触椭圆将越过肩部22，另一方面，如果H/Dw超过0.43，则将增加塑性变形加工中的拉伸率，从而容易在肩部22上造成裂缝。
虽然优选通过冷轧加工来形成外部构件7和内圈8，但是它们可以通过温轧加工形成。此外，能够通过磨削加工形成以下部件：形成抵靠转向节6和毂轮1的装配面的外部构件7的外周面和内圈8的内周面、以及形成抵接面的内圈8的小直径侧的端面8b。
此外根据本发明，在热处理后通过成型砂轮23同时磨削外滚道表面7a与连接外滚道表面7a和环形突起12的肩部22(塑性变形加工后的肩部22用图4(a)中的双点划线示出)。即，成型砂轮23通过旋转修整器预先成型以使其包括：小直径部23a，其形成为不接触环形突起12；与外滚道表面7a对应的槽部23b；以及与肩部22对应的角部23c。角部23c形成为具有预定曲率半径R的圆弧截面，并从槽部23b平滑延伸。这样能够确保期望的轴承精度，并且防止滚道表面的肩22中产生裂缝，并且还能够防止在向轴承施加转矩时滚珠10的接触椭圆越过肩部22从而产生边缘负载，由此能够提供具有改善的耐久性的车轮用轴承。
通过在成型砂轮23上设置与双列外滚道表面7a、7a对应的双列槽部23b、23b(未图示)来变更成型砂轮23以使其能够同时磨削双列外滚道表面7a、7a和它们的肩部22。这样能够减少制造步骤和成本，将双列外滚道表面的槽直径中的错误差异和槽间的间距限制在预定精度内，从而进一步改善轴承精度。
图4(b)例示图4(a)的成型砂轮的修改例。在该外部构件24中，通过轧制来形成环形突起25的内周以使其具有相对于肩部26较小的阶梯差δ。在热处理后通过成型砂轮27同时磨削外滚道表面7a与肩部26。成型砂轮27通过旋转修整器预先成型以使其包括：小直径部27a，其形成为不接触环形突起25；与外滚道表面7a对应的槽部27b；以及与肩部26对应的角部27c。角部27c形成为具有预定曲率半径R的圆弧截面，并从槽部27b平滑延伸到小直径部分27a。这样能够防止滚道表面的肩26中产生裂缝，适当确保在肩部26中有填充材料的情况下环形突起25相对于外滚道表面7a的肩高，还消除了肩部26的边缘，从而防止在向轴承施加转矩时滚珠10的接触椭圆越过肩部26从而产生边缘负载。
虽然说明了通过冷轧来形成外部构件7(24)和内圈8，但是它们可以通过温轧形成。此外，能够通过磨削加工形成以下部件：形成抵靠转向节6和毂轮1的装配面的外部构件7的外周面和内圈8的内周面、以及形成抵接面的内圈8的小直径侧的端面8b。这样能够确保与通过锻造和切削而形成的轴承相同的轴承精度。
图5(a)示出了前述实施方式(图2)的车轮用轴承的修改例，该修改例仅在密封件的结构上与前述实施方式不同。对与前述实施方式相同的该修改例的结构元件，在这里使用相同的附图标记。
车轮用轴承28包括外部构件7；一对内圈8、8；双列滚珠10、10，它们由保持架9、9可自由滚动地容纳在外滚道表面和内滚道表面之间；以及安装在形成于外部构件7和内圈8之间的环形开口中的密封件29。
如图5(b)的放大图所示，各密封件29都形成为所谓的填料密封，该填料密封包括彼此相对布置的抛油环30和环形密封板31。抛油环30通过奥氏体不锈钢板(JIS SUS 304等)或抗蚀冷轧钢板(JIS SPCC等)的冲压加工制成，并具有大致L形的截面，包括压配到内圈8的肩部14上的筒形部30a、以及从筒形部30a径向向外延伸的直立部30b。
密封板31形成为具有大致L形结构的截面，并且包括芯金属32和通过硫化粘接一体粘附至芯金属11的密封构件33。芯金属32由奥氏体不锈钢板(JIS SUS 304等)或抗蚀冷轧钢板(JIS SPCC等)通过冲压加工制成。
另一方面，密封构件33由例如丁腈橡胶的弹性材料制成，并包括与抛油环30的直立部30b滑动接触的侧唇33a和与筒形部30a滑动接触的两个径向唇33b、33c。在抛油环30的直立部30b的外周和芯金属32之间形成迷宫密封以防止雨水或灰尘从外部进入并直接沉积在侧唇33a上。
根据本实施方式，由于外滚道表面7a、形成密封件29的装配面的外部构件7的筒形部13、内滚道表面8a以及内圈8的肩部14通过磨削加工形成，所以能够提高车轮用轴承的生产率和生产量，减小制造成本，还确保与现有的车轮用轴承相同的车轮用轴承的精度和密封性。
第二实施方式
图6是示出了本发明的车轮用轴承装置的第二实施方式的纵向剖视图。由于该实施方式仅在外部构件和密封件的结构上与第一实施方式基本不同，所以在该实施方式中也使用了与第一实施方式中所用相同的附图标记，因而将省略对这些附图标记的详细描述。
图6的车轮用轴承装置形成为第一代类型的结构，并具有毂轮1和安装在轮毂1上的车轮用轴承34。车轮用轴承34包括：外部构件(外圈)35，在其内周上形成双列外滚道表面7a、7a；一对内圈8、8，在它们的外周上形成双列内滚道表面8a、8a，双列内滚道表面8a、8a适于与外滚道表面7a、7a相对布置；以及双列滚珠10、10，它们由保持架9、9可自由滚动地保持在外滚道表面7a、7a和内滚道表面8a、8a之间。
外部构件35由管状构件通过冷轧加工形成，所述管状构件由包括相对少量的碳的轴承钢(例如SUJ 2)或泡钢(例如SCr 420或SCM 415)形成。外部构件35在其内周上形成有双列外滚道表面7a、7a，并在双列外滚道表面7a、7a的外端上形成有径向向内延伸的肩部36。弹性体的密封件37、37通过硫化粘接一体粘附至肩部36。阶梯36a形成在肩部36上，用于将外部构件35相对于转向节6的凸缘部6a定位。
根据该实施方式，密封件37一体粘附至外部构件35的肩部36。密封件37与内圈8的肩部14滑动接触，以防止容纳在轴承中的润滑油泄露以及雨水或灰尘从外部进入。这样能够减少车轮用轴承的组件数量和组装步骤，从而减少了其制造成本。
第三实施方式
图7是示出了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8(a)是仅示出了图7的外圈的纵向剖面图，图8(b)是图8(a)的局部放大图；图9(a)是仅示出了图7的内圈的纵向剖面图，图9(b)是图9(a)的局部放大图。在该实施方式中使用相同的附图标记，用于指示与在前述实施方式中使用相同的组件和它们的部件。
该实施方式的车轮用轴承38包括：外部构件39，在其内周上形成均具有圆弧截面的双列外滚道表面7a、7a；一对内圈40、40，在它们的外周上形成均具有圆弧截面的内滚道表面8a、8a，各个内滚道表面8a、8a与各个双列外滚道表面7a、7a相对布置；双列滚珠10、10，它们容纳在外滚道表面7a、7a和内滚道表面8a、8a之间并由保持架9、9可自由滚动地保持；以及安装在外部构件39的两端上的密封件11。保持架9由塑料树脂(例如PA(聚酰胺)66)通过注射成型制成，并且形成为用于将滚珠10保持在具有球状凹面的凹处9a中的所谓的扣入型，以防止滚珠10径向滑落。内圈40、40的小直径端面8b、8b彼此抵接以形成所谓的背对背双联轴承的双列角接触滚珠轴承。
各密封件11包括适于装配在形成于外部构件7的端部上的筒形部13中的芯金属11a，以及由例如丁腈橡胶的弹性体制成的密封构件11b，密封构件11b具有一对径向唇并通过硫化粘接一体粘附至芯金属11a的。这些密封件11防止容纳在轴承内的润滑油泄露以及雨水或灰尘从外部进入。密封件11不限于例示的一体型密封件，可以是所谓的填料密封，其中包括安装在外部构件7的筒形部13和内圈8的外周上的彼此相对布置的环形密封板和抛油环。
外部构件39和内圈40由管状构件通过塑性变形加工形成，所述管状构件由轴承钢(例如SUJ 2)或泡钢(例如SCr 420或SCM 415)形成。SUJ 2通过浸入淬火或高频感应淬火进行热处理，泡钢通过渗碳淬火进行硬化，以具有50HRC～64HRC的表面硬度。其它构件也可用于外部构件39和内圈40，例如诸如SCM 440的泡钢、冷轧钢板(JIS SPCC族)或碳钢(例如S53C)。
在冷轧钢板或碳钢的情况下，至少外部构件39的双列外滚道表面7a、7a和至少内圈40的内滚道表面8a通过高频感应淬火进行硬化，从而具有50HRC～64HRC的表面硬度，以提高滚动疲劳寿命。如果必要，对外滚道表面7a和内滚道表面8a进行磨削或超精加工，以具有预定的尺寸和精度。
接着将参照图8和图9来详细描述外部构件39和内圈40的结构。
如图8(a)所示，外部构件39由管状构件通过塑性变形制成，以在内周上具有径向向内突出的环形突起12和均具有圆弧截面的双列外滚道表面7a、7a，并在两端具有装配有密封件11的筒形部13、13。在塑性变形加工后磨削双列外滚道表面7a、7a和筒形部13，以使其具有预定的尺寸和精度。这使得车轮用轴承能够具有与现有的轴承相同的精度和密封性。能够通过车削加工来消除在塑性变形加工中在两个端面上产生的毛刺。如果必要，可以磨削外部构件的任何部分。
为了使环形突起12的肩距离外滚道表面7a的高度合适，在外部构件39的塑性变形中，环形突起12的内周表面形成为具有平整结构。此外，使外部构件39的轴向中央部分凹陷以促使外部构件39的材料填充在肩部22中。
在该实施方式中，设置外部构件39的外周7b和环形凹部41之间的过渡部(连接部)42的曲率半径R以使它们在预定范围内。更具体而言，在将滚珠10的半径表示为Rw时，曲率半径R设置在1.5～1.8Rw的范围内。这样能够使该部分的壁厚基本均匀并且防止滚道表面的肩部22中产生裂缝。此外，还能够确保适当的肩高，以防止在向轴承施加转矩时滚珠10的接触椭圆越过肩部22从而产生边缘负载。由此能够提供具有改善的耐久性的车轮用轴承38。术语“基本均匀”表示变形前的管状构件的均匀壁厚，以及在变形后除了在过渡部42中形成圆弧截面外不会造成材料的塑性流动获得的壁厚。由此应当理解，术语“基本均匀”还包括在过渡部42中形成圆弧截面时由于材料的位移而造成的微薄和微厚的壁厚的情形。
将曲率半径R设置在1.5～1.8Rw的范围内的原因是：在曲率半径R小于1.5Rw时，壁厚太小从而减小了刚性，由此轴承不能抵抗由于车辆的转矩而造成的应力，相反，在曲率半径R大于1.8Rw时，壁厚太大从而塑性变形加工的加工性降低，由此外部构件将会变得与传统的锻造的外部构件一样重并一样大。
此外，如图8(b)所示，与外滚道表面7a的形成同时地，对置部43通过塑性变形加工形成在与外滚道表面7a的肩部22相对的位置上。设置对置部42的内径Dc以使其比槽底直径Do小2δo(即，Dc＝Do-2δo)。即，将对置部43的内径Dc设置成小于滚珠盒中的滚珠10的外接圆直径Db(Dc＜Db)以防止滚珠盒从外部构件39滑落。在这种情况下，保持在保持架9的凹穴中的滚珠10的径向位移量当然包括在外接圆直径Db中。这样使得能够可靠防止在组装步骤中曾经组装的滚珠盒从外部构件39脱落，从而简化车轮用轴承的组装。
此外，可以在外部构件39的对置部43的热处理后，通过使用成型砂轮来同时地磨削该外部构件39的对置部43与外滚道表面7a。这样使得能够消除由热处理造成的变形地来进一步精加工对置部43的内周Dc，以抑制由于滚珠通过对置部而造成在滚珠10上产生刮痕，并且提供具有高质量和可靠性的车轮用轴承38。
另一方面，如图9(a)所示，内圈40由管状构件通过塑性变形制成，以在外周上具有具备圆弧截面的内滚道表面8a和从内滚道表面8a沿轴向延伸的肩部14。肩部14形成密封件11的密封平台部分，从而在塑性变形加工后与内滚道表面8a同时被磨削以具有预定的尺寸和精度。与外部构件39类似，在塑性变形加工中产生毛边的两端能够在塑性变形加工后被车削，并在必要时进行磨削。
如图9(b)的放大图所示，与内滚道表面8a的形成同时地，对置部44通过塑性变形加工形成在与内滚道表面8a的肩部14相对位置上。设置对置部44的外径dc以使其比槽底直径di大2δi(即，dc＝di+2δi)。将对置部44的外径dc设置成大于滚珠盒中的滚珠10的内切圆直径db(dc＞db)以防止滚珠盒从内圈40滑落。在这种情况下，保持在保持架9的凹穴中的滚珠10的径向位移量当然包括在内切圆直径db中。这样使得能够可靠防止在组装步骤中曾经组装的内圈40轴向脱落，从而简化车轮用轴承的组装。
此外，与外部构件39类似，可以在内圈40的对置部44的热处理后，通过使用成型砂轮同时地磨削该内圈40的对置部44与内滚道表面8a。这样使得能够消除由热处理造成的变形地来进一步精加工对置部44的外径dc，以抑制由于滚珠通过对置部而造成滚珠10上产生刮痕，并且提供具有高质量和可靠性的车轮用轴承38。
在这种情况下，能够通过磨削加工形成以下部件：形成转向节6和毂轮1的装配面的外部构件7的外周7b和内圈40的内周8c、以及形成内圈40的抵接面的小直径侧端面8b。这样能够确保与通过锻造和切削而形成的现有轴承大致相同的轴承精度。
第四实施方式
图10是示出了本发明的车轮用轴承装置的第四实施方式的纵向剖视图。由于该实施方式仅在内圈和密封件的结构上与前述实施方式基本不同，所以在该实施方式中也使用了与前述实施方式中所用相同的附图标记，因而将省略对这些附图标记的详细描述。
车轮用轴承45包括：外部构件(外圈)39，在其内周上形成双列外滚道表面7a、7a；一对内圈46、46，在它们的外周上形成双列内滚道表面8a、8a，双列内滚道表面8a、8a适于与外滚道表面7a、7a相对布置；双列滚珠10、10，它们由保持架9、9可自由滚动地保持在外滚道表面7a、7a和内滚道表面8a、8a之间；以及安装在外部构件39的两端上的密封件47、47。内圈46、46布置成使它们的小直径端面8b、8b邻接以形成所谓的背对背双联轴承的角接触滚珠轴承。
各密封件47包括适于装配在形成于外部构件39的筒形部13中的芯金属48，和由例如丁腈橡胶的弹性体制成的密封构件49，密封构件49具有一对侧唇49a、49b并通过硫化粘接粘附至芯金属48。这些侧唇49a、49b能够弹性接触内圈46的较大直径侧端面46b并且有效防止密封在车轮用轴承内的润滑油泄露以及雨水或灰尘从轴承装置外部渗入，还防止内圈46沿轴向滑落。
与前述实施方式类似，车轮用轴承45经由预定接口装配在毂轮上，并且在内圈46的较大直径侧端面46b与外接头构件和毂轮的肩部抵接并且一对内圈46、46被夹持在其间的状态下被施加有预定的轴承预压。
内圈46由管状构件通过塑性变形加工形成，所述管状构件由轴承钢(例如SUJ2)或泡钢(例如SCr 420或SCM 415)形成。SUJ 2通过浸入淬火或高频感应淬火进行热处理，泡钢通过渗碳淬火进行热处理，以具有50HRC～64HRC的表面硬度。
内圈46在其外周上形成有具有圆弧截面的内滚道表面8a和从内滚道表面8a沿径向向外延伸的肩部46a。肩部46a的外径大于滚珠10的PCD，从而即使在向轴承施加大的力矩负载时也能够防止滚珠越过肩部从而改善轴承的耐久性。在这种情况下，肩部46a的侧面，即较大直径侧的端面46b形成密封件47的密封平台部分，并在塑性变形加工后被磨削。这样使得能够消除在塑性变形加工中产生的毛边并获得预定的尺寸、精度和表面粗糙度。
与内滚道表面8a的形成同时地，对置部44通过塑性变形加工形成在与内滚道表面8a的肩部46a相对的位置上。这样能够在安装密封件47之前的组装步骤中或者甚至在车轮用轴承的运输中可靠地防止内圈46轴向滑落。
已经参考所述优选实施方式对本发明进行了说明。显而易见的是，本领域内的普通技术人员会在阅读和理解上述详细说明后进行修改和变更。本发明旨在理解为包括落在所附权利要求或其等同物的范围内的所有这些变更和修改。
工业适用性
本发明的车轮用轴承装置能够应用于第一代类型的车轮用轴承装置，该第一代类型的车轮用轴承装置包括：毂轮，在其一端一体形成有车轮安装凸缘；以及压配到毂轮上的一对内圈。

Claims (17)

1.一种形成背对背双联轴承类型的双列角接触滚珠轴承的车轮用轴承，该车轮用轴承包括：
外部构件，在该外部构件的内周上形成有均具有圆弧纵向截面的外滚道表面；
一对内圈，在各内圈的外周上均形成有具有圆弧纵向截面的内滚道表面，所述各个内滚道表面与所述外滚道表面的一个相对布置，一个内圈的较小直径侧端与另一个内圈的较小直径侧端抵接；
双列滚珠，它们容纳在所述外部构件的所述外滚道表面和所述内圈的所述内滚道表面之间并由保持架保持在其中；以及
密封件，它们安装在形成于所述外部构件和内圈之间的环形开口中，
所述车轮用轴承的特征在于：
所述外部构件和所述内圈由管状构件通过塑性变形而制成；并且
所述外滚道表面和所述内滚道表面、形成所述密封件的装配部的所述外部构件的筒形部和/或形成平台部分的所述内圈的肩部通过磨削形成为具有预定的尺寸和精度。
2.如权利要求1所述的车轮用轴承，其中，所述外部构件和所述内圈通过冷轧加工制成。
3.如权利要求1或2所述的车轮用轴承，其中，在用Dw表示所述滚珠的直径，用H表示环形突起距离所述外部构件的所述外滚道表面的底部的高度时，H/Dw的比设置在0.30～0.43的范围内。
4.如权利要求1～3的任一项所述的车轮用轴承，其中，通过轧制加工在所述外部构件的两端形成筒形部，所述密封件装配到所述筒形部中，通过所述轧制加工形成在所述内圈的较大直径侧端上沿轴向延伸的肩部，所述密封件的密封唇与所述内圈的所述肩部的表面滑动接触。
5.如权利要求1～4的任一项所述的车轮用轴承，其中，所述密封件包括均具有大致L形截面并且彼此相对布置的抛油环和密封板，所述密封板包括侧唇和径向唇，通过轧制加工在所述外部构件的两端形成筒形部，所述密封板装配到所述筒形部中，通过轧制加工形成在所述内圈的较大直径侧端上沿轴向延伸的肩部，所述抛油环压配至所述肩部上，所述密封板的所述密封唇与所述抛油环的表面滑动接触。
6.如权利要求1～4的任一项所述的车轮用轴承，其中，通过轧制加工在所述外部构件的两端上形成沿径向向内延伸的肩部，并且所述密封件一体形成在所述肩部上。
7.如权利要求1～6的任一项所述的车轮用轴承，其中，所述外部构件的两端面和所述内圈的较大直径侧端面在它们的塑性变形加工后通过车削加工形成，并且所述外滚道表面和所述内滚道表面、所述外部构件的外周面、所述内圈的内周面和较小直径侧端面在它们的热处理后通过磨削加工形成为具有预定尺寸和精度。
8.如权利要求1～7的任一项所述的车轮用轴承，其中，使所述外部构件的轴向中央部分的外周环形凹陷以其内周上形成环形突起，在所述环形突起的径向最内侧部分上具有平面，连接所述外滚道表面和所述环形突起的肩部与所述外滚道表面的磨削同时地被成型砂轮磨削为具有圆弧截面。
9.如权利要求8所述的车轮用轴承，其中，所述环形突起的所述平面通过轧制加工形成为具有相对于所述环形突起的肩部的较小的阶梯差。
10.如权利要求8或9所述的车轮用轴承，其中，所述双列外滚道表面被成型砂轮同时磨削。
11.如权利要求1～10的任一项所述的车轮用轴承，其中，所述外部构件的外周和环形凹部之间的过渡部形成为具有预定的曲率半径的圆弧截面并且还具有基本均匀的壁厚。
12.如权利要求11所述的车轮用轴承，其中，所述过渡部的曲率半径R设置在1.5～1.8Rw的范围内(其中Rw为所述滚珠的半径)。
13.如权利要求1～12的任一项所述的车轮用轴承，其中，所述保持架通过塑料树脂的注射成型形成为扣入型，所述滚珠由所述保持架可自由滚动地保持而不会脱落，并且对置部通过塑性变形加工形成在与所述外滚道表面的肩部相对的位置。
14.如权利要求13所述的车轮用轴承，其中，所述对置部的内径设置成小于滚珠盒中的滚珠的外接圆直径，所述滚珠由所述保持架保持在所述滚珠盒中。
15.如权利要求13或14所述的车轮用轴承，其中，对置部通过塑性变形加工形成在与所述内滚道表面的肩部相对的位置上，所述对置部的外径设置成大于滚珠盒中的滚珠的内切圆直径，所述滚珠由所述保持架保持在所述滚珠盒中。
16.如权利要求13～15的任一项所述的车轮用轴承，所述对置部在热处理后与所述内滚道表面的磨削同时地由成型砂轮磨削。
17.一种车轮用轴承装置，该车轮用轴承装置包括：毂轮，该毂轮在其一个端部上一体形成车轮安装凸缘和经由该毂轮的肩部从所述车轮安装凸缘沿轴向延伸的筒形部；以及经由预定干涉压配至所述毂轮的所述筒形部上的如权利要求1～16的任一项所述的车轮用轴承，所述车轮用轴承装置的特征在于，等速万向节的外接头构件经由其与毂轮间的锯齿接合装配到所述毂轮中，一对内圈夹持在所述毂轮的肩部和所述外接头构件的肩部之间并被施加预定的轴承预压。
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