JP2563920B2 - Knuckle structure for vehicle - Google Patents
Knuckle structure for vehicleInfo
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- JP2563920B2 JP2563920B2 JP62058226A JP5822687A JP2563920B2 JP 2563920 B2 JP2563920 B2 JP 2563920B2 JP 62058226 A JP62058226 A JP 62058226A JP 5822687 A JP5822687 A JP 5822687A JP 2563920 B2 JP2563920 B2 JP 2563920B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/18—Steering knuckles; King pins
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋼製のナックルスピンドルを球状黒鉛鋳鉄
製のナックル本体に組み付けてなる車両用ナックル構造
体の改良に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in a vehicle knuckle structure in which a steel knuckle spindle is assembled to a spheroidal graphite cast iron knuckle body.
（従来の技術） 従来より、このような車両用ナックル構造体として、
例えば特開昭60−138049号公報に開示されているよう
に、ブレーキマウンティングブラケット部，ステアリン
グアーム部，タイロッドアーム部およびナックルスピン
ドル部を球状黒鉛鋳鉄で一体に成形したトラック用ステ
アリングナックルにオーステンパー処理を施すことによ
り、その組織をベイナイトと残留オーステナイトとの混
在組織に改質し、これにより靭性，強度および耐摩耗性
等の物性を向上せしめるようにしたものが知られてい
る。(Prior Art) Conventionally, as such a knuckle structure for a vehicle,
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-138049, a steering knuckle for a truck, which is integrally formed of a spheroidal graphite cast iron, with a brake mounting bracket portion, a steering arm portion, a tie rod arm portion, and a knuckle spindle portion is austempered. It is known that the structure is modified to a mixed structure of bainite and retained austenite, thereby improving physical properties such as toughness, strength and wear resistance.
（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の如くオーステンパー処理によって生
成される残留オーステナイトは熱膨張を助長するという
特性を有しているため、上記の従来のものでは、ステア
リングナックル全体の熱膨張係数が大きくなる。特に、
ナックルスピンドル部は、ホイールハブがベアリングを
介して組み付けられるところであることから、熱膨張量
が大きくなると組付け時に設定したベアリングのプリロ
ードが大幅に変化してベアリングの信頼性が低下すると
いう問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) By the way, as described above, the retained austenite produced by the austempering has the property of promoting the thermal expansion. Expansion coefficient becomes large. In particular,
The knuckle spindle part is where the wheel hub is mounted through the bearing, so if the amount of thermal expansion increases, the preload of the bearing set at the time of assembly will change significantly and the reliability of the bearing will decline. .
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上述の如き車両のステアリングナ
ックルにおいて、その主構成部材であるナックル本体の
組織のみを改質することにより、その組織の特性によっ
てナックル本体の靭性等の物性を向上を図り、なおかつ
組織の改質が行われていないナックルスピンドルにあっ
ては、その回転駆動時つまり実用温度範囲において、ナ
ックルスピンドルの熱膨張度合をナックル本体に比べて
小さくし得、これによりナックルスピンドルの軸受部と
ホイールハブとの間に介装されたベアリングのプリロー
ドの大幅な変化をなくしてベアリングの信頼性の向上を
図らんとすることにある。さらには、ナックルスピンド
ルとナックル本体との近似した熱膨張係数により、実用
温度範囲において両者の間に好適なメタルクリアランス
を維持し、ベアリングのプリロードを低減しようとする
ことにもある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to improve the structure of a steering knuckle of a vehicle as described above by modifying only the structure of the knuckle body that is the main constituent member. Knuckle spindle whose physical properties such as the toughness of the knuckle body are improved by the characteristics of the knuckle body, and the texture of the knuckle spindle is not modified, the thermal expansion degree of the knuckle spindle is controlled when the knuckle spindle is rotating, that is, in a practical temperature range. It is possible to make it smaller than the main body, so that the reliability of the bearing is improved by eliminating a large change in the preload of the bearing interposed between the bearing part of the knuckle spindle and the wheel hub. . Furthermore, there is also an attempt to maintain a suitable metal clearance between the knuckle spindle and the knuckle body by a similar coefficient of thermal expansion in the practical temperature range to reduce the preload of the bearing.
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ベ
イナイトと残留オーステナイトとの混在組織を有する球
状黒鉛鋳鉄製のナックル本体と、一端側にベアリングを
介してホイールハブが支承されるとともに、他端側が上
記ナックル本体に圧入されて組み付けられた鋼製のナッ
クルスピンドルとを備えた構成とする。この際、上記ナ
ックル本体の熱膨張係数が15×10-6/℃〜17.5×10-6/℃
に、上記ナックルスピンドルの熱膨張係数を11×10-6/
℃〜13×10-6/℃にそれぞれ設定したことを特徴とす
る。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the solving means of the present invention is a knuckle body made of spheroidal graphite cast iron having a mixed structure of bainite and retained austenite, and a bearing on one end side. The wheel hub is supported, and the other end side is provided with a steel knuckle spindle that is press-fitted into the knuckle body and assembled. In this case, the thermal expansion coefficient of the knuckle body 15 × 10 -6 /℃~17.5×10 -6 / ℃
The coefficient of thermal expansion of the above knuckle spindle is 11 × 10 -6 /
It is characterized in that each is set to ℃ ~ 13 × 10 -6 / ℃.
（作用） 上記の構成により、本発明では、上述の如きステアリ
ングナックルの主構成部材である球状黒鉛鋳鉄製のナッ
クル本体は、その組織がオーステンパー処理によりベイ
ナイトと残留オーステナイトとの混在組織に改質されて
いることから、この残留オーステナイトの特性によりナ
ックル本体の靭性等の物性の向上が図られることとな
る。(Operation) With the above configuration, in the present invention, the knuckle body made of spheroidal graphite cast iron, which is the main constituent member of the steering knuckle, is modified into a mixed structure of bainite and retained austenite by austempering. Therefore, the properties of the retained austenite improve the toughness and other physical properties of the knuckle body.
さらに、ナックルスピンドルは鋼材にて形成されてい
ることから、該ナックルスピンドルの回転駆動時つまり
実用温度範囲において、ナックルスピンドルの熱膨張度
合はナックル本体に比べて小さくなされ、これによりナ
ックルスピンドルの軸受部とホイールハブとの間に介装
されたベアリングのプリロードはオーステンパー処理し
た場合に比べて大幅に変化することがなく、よってベア
リングの信頼性の向上が図られることとなる。また、ナ
ックルスピンドルの熱膨張度合がナックル本体に比べて
小さいとはいっても、両者の熱膨張係数は大きな隔たり
はなく近似しており、実用温度範囲において両者の間に
好適なメタルクリアランスが維持され、ベアリングのプ
リロードが低減する。Further, since the knuckle spindle is made of steel, the degree of thermal expansion of the knuckle spindle is smaller than that of the knuckle spindle when the knuckle spindle is rotationally driven, that is, in a practical temperature range. The preload of the bearing interposed between the wheel hub and the wheel hub does not change significantly as compared with the case where the austempering treatment is performed, so that the reliability of the bearing is improved. Although the degree of thermal expansion of the knuckle spindle is smaller than that of the knuckle body, the thermal expansion coefficients of the two are close to each other without a large gap, and a suitable metal clearance is maintained between them in the practical temperature range. The bearing preload is reduced.
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.
第１図は本発明の実施例に係る車両ナックル構造体を
自動車の前輪懸架装置部分であるステアリングナックル
１に適用した場合を示し、２は該ステアリングナックル
１の主構成部材としてのナックル本体の１つを構成する
ナックルアーム、３は一端側に軸受部3aが形成され、他
端側が上記ナックルアーム２のスピンドル圧入部2aに圧
入されたナックルスピンドル、４は該ナックルスピンド
ル３の軸受部3aにベアリング５を介して支承されたホイ
ールハブである。FIG. 1 shows a case where a vehicle knuckle structure according to an embodiment of the present invention is applied to a steering knuckle 1 which is a front wheel suspension portion of an automobile, and 2 is a knuckle body 1 as a main constituent member of the steering knuckle 1. The knuckle arm 3, which constitutes one of the two knuckle arms, has a bearing portion 3a formed on one end side, and the other end side is knuckle spindle 4 which is press-fitted into the spindle press-fitting portion 2a of the knuckle arm 2 and 4 is a bearing portion 3a of the knuckle spindle 3. 5 is a wheel hub that is supported via
上記ナックルアーム２は、Ｃ 2.6〜4.0重量％,Si
1.5〜3.5重量％,Mn 0.1〜1.0重量％,Mg 0.005〜0.08
重量％,P 0.05重量％未満,S 0.03重量％未満,Mo 0.0
3〜0.40重量％,Cu 0.3〜1.5重量％,Ni 0.1〜1.5重量
％，残部がFeよりなり、かつ残留オーステナイト量が25
〜45容量％の範囲になるようオーステンパー処理され
た，ベイナイトと残留オーステナイトとの混在組織を有
する球状黒鉛鋳鉄製のものである。The knuckle arm 2 has C 2.6 to 4.0% by weight, Si
1.5 to 3.5% by weight, Mn 0.1 to 1.0% by weight, Mg 0.005 to 0.08
% By weight, P less than 0.05% by weight, S 0.03% by weight or less, Mo 0.0
3 to 0.40% by weight, Cu 0.3 to 1.5% by weight, Ni 0.1 to 1.5% by weight, the balance being Fe, and the amount of retained austenite is 25
It is made of spheroidal graphite cast iron having a mixed structure of bainite and retained austenite that has been austempered to a range of up to 45% by volume.
上記Ｃの含有量を2.6〜4.0重量％に設定したのは、2.
6重量％未満では鋳造性が悪化して健全な製品の製造が
困難となる一方、4.0重量％を超えるとドロスが発生し
易くなって強度および耐摩耗性が低下することとなって
好ましくないからである。The content of C is set to 2.6 to 4.0% by weight in 2.
If it is less than 6% by weight, castability is deteriorated and it is difficult to manufacture a sound product, while if it exceeds 4.0% by weight, dross is apt to occur and strength and wear resistance are deteriorated, which is not preferable. Is.
また、Siの含有量を1.5〜3.5重量％に設定したのは、
これ以外の範囲では鋳造性が悪化することとなって好ま
しくないからである。Moreover, the content of Si is set to 1.5 to 3.5% by weight.
This is because if the content is outside this range, the castability will deteriorate, which is not preferable.
さらに、Mnの含有量を0.1〜1.0重量％に設定したの
は、0.1重量％未満では焼入れ性を減じ、パーライトの
析出によって熱膨張量が小さくなるので不適当である一
方、1.0重量％を超えると炭化物が晶出し易くなり、疲
労強度特性を悪化させることとなって好ましくないから
である。Further, the content of Mn is set to 0.1 to 1.0% by weight, but if it is less than 0.1% by weight, the hardenability is reduced and the amount of thermal expansion becomes small due to the precipitation of pearlite. If this is the case, carbides are likely to crystallize, which deteriorates fatigue strength characteristics, which is not preferable.
また、Mgの含有量を0.005〜0.08重量％に設定したの
は、黒鉛を球状化させるためにはこれだけ必要だからで
ある。Further, the content of Mg is set to 0.005 to 0.08% by weight because it is necessary to make the graphite spherical.
さらに、Ｐの含有量を0.05重量％未満に、Ｓの含有量
を0.03重量％未満にそれぞれ設定したのは、耐熱性や強
度等を確保するために不可欠だからである。Further, the content of P is set to less than 0.05% by weight and the content of S is set to less than 0.03% by weight because it is essential to secure heat resistance and strength.
また、Moの含有量を0.03〜0.40重量％に設定したの
は、0.03重量％未満では焼入れ性を増し、疲労強度を向
上させ、ナックルアーム１全体を均一なオーステナイト
／黒鉛球状鋳鉄の組織となして適正な熱膨張を得るとい
うMoの効果を得ることができなくなる一方、0.40重量％
を超えると共晶セル境界に炭化物として晶出し、靭性が
低下することとなって好ましくないからである。Further, the content of Mo is set to 0.03 to 0.40% by weight because if it is less than 0.03% by weight, the hardenability is increased and the fatigue strength is improved, and the entire knuckle arm 1 has a uniform austenite / graphite spheroidal cast iron structure. While it is not possible to obtain the effect of Mo to obtain proper thermal expansion, 0.40% by weight
If it exceeds, crystallizing as a carbide at the eutectic cell boundary and toughness decrease, which is not preferable.
さらに、Cuの含有量を0.3〜1.5重量％に設定したの
は、0.3重量％未満では焼入れ性を向上させ、さらに残
留オーステナイトの生成を促進させるというCuの効果を
得ることができなくなる一方、1.5重量％を超えると球
状化を阻害して機械的性質を損うこととなって好ましく
ないからである。Further, the content of Cu is set to 0.3 to 1.5 wt%, if less than 0.3 wt% improves the hardenability, it becomes impossible to obtain the effect of Cu to further promote the formation of retained austenite, while 1.5 This is because if it exceeds 5% by weight, spheroidization is hindered and mechanical properties are impaired, which is not preferable.
また、Niの含有量を0.1〜1.5重量％に設定したのは、
0.1重量％未満では上記Cuの場合と同様に焼入れ性を向
上させ、さらに残留オーステナイトの生成を促進させる
というNiの効果を得ることができなくなる一方、1.5重
量％を超えると靭性が低下することとなって好ましくな
いからである。なお、上記成分中、Mo、CuおよびNiにつ
いてはナックルアーム２の肉厚に応じて１種又は２種以
上を選定すればよく、例えばMo−Ni,Mo−CuおよびNi−C
u等の組合わせで用いると焼入れ性向上の効果が著し
く、かつそれぞれ少量を複合化することで過剰添加によ
る弊害を回避することが可能となって好ましい。Further, the Ni content is set to 0.1 to 1.5 wt%,
If it is less than 0.1% by weight, the hardenability is improved as in the case of Cu, and the effect of Ni that promotes the formation of retained austenite cannot be obtained, while if it exceeds 1.5% by weight, the toughness decreases. This is not desirable. In addition, about Mo, Cu, and Ni in the said component, 1 type (s) or 2 or more types may be selected according to the wall thickness of the knuckle arm 2, for example, Mo-Ni, Mo-Cu, and Ni-C.
When used in combination with u or the like, the effect of improving hardenability is remarkable, and by compounding a small amount of each, it is possible to avoid the adverse effects of excessive addition, which is preferable.
さらに、残留オーステナイト量は、鋳鉄の熱膨張係
数、疲労強度および硬度に影響を与えるものであり、こ
れを25〜45容量％の範囲に設定したのは、25容量％未満
では衝撃強度が劣化し、足まわり部品として信頼性を確
保することができなくなる一方、45容量％を超えると熱
膨張係数が過大となってナックルアーム２のスピンドル
圧入部2aの温度変化が大きくなって好ましくなく、さら
には強度が低下するため部品設計重量が重くなるからで
ある。なお、残留オーステナイト量が25〜45重量％の範
囲に設定されたナックルアーム２の熱膨張係数は、約15
×10-6/℃〜17.5×10-6/℃である。Furthermore, the amount of retained austenite affects the coefficient of thermal expansion, fatigue strength, and hardness of cast iron.The reason for setting it in the range of 25 to 45% by volume is that the impact strength deteriorates at less than 25% by volume. However, while it becomes impossible to secure reliability as a suspension component, if it exceeds 45% by volume, the coefficient of thermal expansion becomes excessive and the temperature change of the spindle press-fitting portion 2a of the knuckle arm 2 becomes large, which is not preferable. This is because the strength of the parts is reduced and the design weight of the parts is increased. The coefficient of thermal expansion of the knuckle arm 2 with the retained austenite amount set in the range of 25 to 45% by weight is about 15
× a 10 -6 /℃~17.5×10 -6 / ℃.
そして、上述の如きベイナイトと残留オーステナイト
との混在組織を有する球状黒鉛鋳鉄製のナックルアーム
２を製作する手順は、下記の如くである。The procedure for manufacturing the knuckle arm 2 made of spheroidal graphite cast iron having the mixed structure of bainite and retained austenite as described above is as follows.
まず、上記組織の鋳鉄つまりナックルアーム２の素材
を前処理工程に搬入して、加熱温度650〜950℃、加熱時
間0.5〜4.0時間の前処理条件の下で１段又は２段の焼鈍
を行い、フェライト量が70容量％になるように組織の均
質化および鋳造歪の除去を行う。なお、この前処理工程
は例えば鋳造になる残留歪が大きくなるとき等に必要に
応じて行われるものである。First, the cast iron having the above structure, that is, the material of the knuckle arm 2 is carried into the pretreatment process, and is annealed in one or two steps under the pretreatment conditions of a heating temperature of 650 to 950 ° C. and a heating time of 0.5 to 4.0 hours. , Homogenize the structure and remove casting strain so that the ferrite content is 70% by volume. It should be noted that this pretreatment step is carried out as necessary, for example, when the residual strain in casting becomes large.
次に、この前処理を終えたナックルアーム素材を１次
加工工程に搬入して、ナックルスピンドル３が圧入され
るスピンドル圧入部2aのみ加工代を残し、その他の部分
に仕上げ加工を施す。Next, the knuckle arm material that has undergone this pretreatment is carried into the primary processing step, and only the spindle press-fitting portion 2a into which the knuckle spindle 3 is press-fitted is left with a machining allowance, and the other parts are subjected to finish machining.
その後、この一部を残して仕上げ加工が施されたナッ
クルアーム素材を、オーステナイト化処理工程と恒温変
態処理工程とからなるオーステンパー処理工程に搬入し
て、該ナックルアーム素材に対しオーステンパー処理を
施す。この際における上記オーステナイト化処理工程で
のオーステナイト化処理温度および時間は800〜930℃×
15分以上に設定するのが好ましく、かつそれに続く恒温
変態処理工程での恒温変態処理温度および時間は330〜4
10℃×4.0時間以内に設定するのが好ましい。After that, the knuckle arm material that has been subjected to finishing processing while leaving a part of this is carried into an austempering treatment step consisting of an austenitizing treatment step and a constant temperature transformation treatment step, and the knuckle arm material is austempered. Give. At this time, the austenitizing temperature and time in the austenitizing step are 800 to 930 ° C ×
It is preferably set to 15 minutes or more, and the isothermal transformation treatment temperature and time in the subsequent isothermal transformation treatment step is 330 to 4
It is preferable to set within 10 ° C x 4.0 hours.
上記オーステナイト化処理温度は高いほど熱膨張量が
大きくなるという特性を有するが、この温度を800〜930
℃に設定したのは、800℃未満では均質なオーステナイ
ト固溶体を得ることができなくなる一方、930℃を超え
ると固溶炭素量が過剰となり、その結果、残留オーステ
ナイト量が増加して熱膨張係数の過大および強度の低下
をきたすこととなって好ましくないからである。また、
オーステナイト化処理時間を15分以上に設定したのは、
15分以上あれば十分に組織を均質化することができるか
らである。The austenitizing treatment temperature has a characteristic that the higher the thermal expansion amount, the higher the temperature becomes.
The temperature was set to ℃, it is impossible to obtain a homogeneous austenite solid solution below 800 ℃, the solid solution carbon amount becomes excessive above 930 ℃, as a result, the amount of residual austenite increases and the thermal expansion coefficient of This is because it is not preferable because it causes excessiveness and a decrease in strength. Also,
The austenite treatment time was set to 15 minutes or more.
This is because if it is 15 minutes or more, the tissue can be sufficiently homogenized.
また、上記恒温変態処理温度を330〜410℃に設定した
のは、330℃未満では引張強さは高いものの、残留オー
ステナイト量が過少となる結果、伸びが大幅に低下しか
つ疲労強度が低下することとなって好ましくない一方、
410℃を超えると引張強さおよび伸び共に低下すること
とな好ましくないからである。また、恒温変態処理時間
を4.0時間以内に設定したのは、4.0時間を超えると伸び
が低下することとなって好ましくないからである。Further, the isothermal transformation treatment temperature is set to 330 to 410 ° C., the tensile strength is high below 330 ° C., but the amount of retained austenite is too small, resulting in a significant decrease in elongation and a decrease in fatigue strength. While this is not desirable,
This is because if the temperature exceeds 410 ° C., both tensile strength and elongation decrease, which is not preferable. Further, the reason for setting the isothermal transformation treatment time within 4.0 hours is that it is not preferable since the elongation is reduced if it exceeds 4.0 hours.
しかる後、上述の如くしてオーステンパー処理を終え
たナックルアーム素材を防錆塗装工程に搬入して、該ナ
ックルアーム素材に対して電着塗装を施する。After that, the knuckle arm material that has been austempered as described above is carried into a rust-preventive coating process, and the knuckle arm material is subjected to electrodeposition coating.
次いで、この電着塗装が施されたナックルアーム素材
を２次加工工程に搬入して、該ナックルアーム素材の上
記スピンドル圧入部2aに対して仕上げ加工を施し、ナッ
クルアーム２を得る。Next, the knuckle arm material with this electrodeposition coating is carried into the secondary processing step, and the spindle press-fitting portion 2a of the knuckle arm material is subjected to finish processing to obtain the knuckle arm 2.
一方、上記ナックルアーム２に組み付けられるナック
ルスピンドル３は、例えば調質炭素鋼材，合金鋼材，非
調質鋼材および浸炭焼入鋼材等にて所定の形状に成形さ
れており、このナックルスピンドル３を圧入力２〜８ト
ンの圧入条件の下で上記ナックルアーム素材のスピンド
ル圧入部2aに圧入する。なお、このナックルスピンドル
３の熱膨張係数は11×10-6/℃〜13×10-6/℃である。On the other hand, the knuckle spindle 3 assembled to the knuckle arm 2 is formed into a predetermined shape by, for example, tempered carbon steel material, alloy steel material, non-tempered steel material and carburized and hardened steel material. It is press-fitted into the spindle press-fitting portion 2a of the knuckle arm material under the press-fitting condition of input of 2 to 8 tons. The coefficient of thermal expansion of this knuckle spindle 3 is 11 × 10 −6 / ° C. to 13 × 10 −6 / ° C.
また、上記ナックルスピンドル３の軸受部3aにベアリ
ング５を介して組み付けられるホイールハブ４は、一般
によく用いられている鋳鉄製のものであり、このナック
ルスピンドル３と上記ナックルアーム２とは熱膨張係数
が近似しており、実用温度範囲において両者の間に好適
なメタルクリアランスを維持できるようにつまりベアリ
ング５のプリロードを低減することができるようになさ
れている。Further, the wheel hub 4 assembled to the bearing portion 3a of the knuckle spindle 3 via the bearing 5 is made of cast iron which is commonly used, and the knuckle spindle 3 and the knuckle arm 2 have a coefficient of thermal expansion. Are similar to each other, so that a suitable metal clearance can be maintained between them in the practical temperature range, that is, the preload of the bearing 5 can be reduced.
なお、上記ナックルスピンドル３とホイールハブ４と
の間に介装されるベアリング５としては、熱膨張係数が
例えばホイールハブ４と同一か、あるいはナックルスピ
ンドル３とホイールハブ４との中間である鋳鉄製のもの
を用いるのが好ましい。また、メタル材料を直接溶射等
の手段を用いてホイールハブ４軸受部の内壁に接着する
ことも採用可能である。The bearing 5 interposed between the knuckle spindle 3 and the wheel hub 4 is made of cast iron having the same thermal expansion coefficient as that of the wheel hub 4 or between the knuckle spindle 3 and the wheel hub 4. It is preferable to use one of the following. It is also possible to directly bond the metal material to the inner wall of the bearing portion of the wheel hub 4 by using a means such as thermal spraying.
次に、このようにして構成された本実施例の具体例を
比較例と共に説明する。Next, a specific example of the present embodiment configured as described above will be described together with a comparative example.
（具体例Ｉ） Ｃ 3.60重量％,Si 2.55重量％,Mn 0.21重量％,Ni
0.45重量％,Cu 0.80重量％,P 0.021重量％,S 0.00
9重量％,Mg 0.035重量％，残部がFeよりなる球状黒鉛
鋳鉄製のナックルスアーム素材を用意し、このナックル
アーム素材を、まず、前処理工程に搬入して、加熱温度
920℃、加熱時間2.0時間の第１段目の焼鈍と、それに続
く加熱温度730℃、加熱時間3.0時間の第２段目の焼鈍と
を行い、その後、550℃に温度に保持した状態で炉冷を
行い、組織の均質化および鋳造歪の除去を行う。次い
で、１次加工工程でスピンドル圧入部2aを除く部分に対
して仕上げ加工を施した後、オーステンパー処理工程
で、オーステナイト化処理温度および時間が890℃×2.0
時間の条件下で均質なオーステナイト固溶体とした後、
395℃のソルトへ焼入れし、この温度で2.0時間恒温変態
させたのち空冷するオーステンパー処理を施すことによ
り、球状黒鉛、ベイナイトおよび残留オーステナイトの
混在した組織を生成せしめ、その後、２次加工工程で上
記スピンドル圧入部2aに対して仕上げ加工を施してナッ
クルアーム２を得た。この場合における機械的性質は引
張強さが100kg f/mm2、伸びが14％であり、かつ残留オ
ーステナイト量が38容量％、熱膨張係数が16.3×10-6/
℃であった。(Specific Example I) C 3.60% by weight, Si 2.55% by weight, Mn 0.21% by weight, Ni
0.45 wt%, Cu 0.80 wt%, P 0.021 wt%, S 0.00
Prepare a knuckle arm material made of spheroidal graphite cast iron consisting of 9 wt%, Mg 0.035 wt%, and the balance of Fe. First, carry this knuckle arm material into the pretreatment process and heat it to the heating temperature.
Annealing at the first stage with heating time of 920 ° C for 2.0 hours and annealing at the second stage with heating temperature of 730 ° C for 3.0 hours, and then with the furnace kept at 550 ° C. Cooling is performed to homogenize the structure and remove casting strain. Next, after finishing the part except the spindle press-fitting part 2a in the primary processing step, in the austempering step, the austenitizing temperature and time are 890 ° C × 2.0.
After forming a homogeneous austenite solid solution under the conditions of time,
Quenching into salt at 395 ℃, isothermal transformation at this temperature for 2.0 hours, and then air-cooling austempering to produce a structure in which spheroidal graphite, bainite and retained austenite are mixed, and then in the secondary processing step A knuckle arm 2 was obtained by finishing the spindle press-fitting portion 2a. The mechanical properties in this case are: tensile strength 100 kg f / mm 2 , elongation 14%, residual austenite content 38% by volume, coefficient of thermal expansion 16.3 × 10 -6 /
° C.
また、ナックルスピンドル３としては、引張強さが95
kg f/mm2、伸びが20％、熱膨張係数が11.7×10-6/℃の
調質炭素鋼材製のもの（JIS S55C）を用意した。The knuckle spindle 3 has a tensile strength of 95.
Prepared was a tempered carbon steel material (JIS S55C) with kg f / mm 2 , elongation of 20% and thermal expansion coefficient of 11.7 × 10 -6 / ° C.
さらに、ホイールハブ４としては、硬さがHB195、熱
膨張係数が11.0×10-6/℃の片状黒鉛鋳鉄製もの（組成:
C 3.5重量％、Si 2.0重量％、Mn 0.7重量％、Cr 0.
2重量％、残部がFe）を用意した。Further, the wheel hub 4 is made of flake graphite cast iron having a hardness of H B 195 and a thermal expansion coefficient of 11.0 × 10 −6 / ° C. (composition:
C 3.5 wt%, Si 2.0 wt%, Mn 0.7 wt%, Cr 0.
2% by weight and the balance being Fe) were prepared.
そして、上記ナックルアーム２のスピンドル圧入部2a
にナックルスピンドル３を５トンの圧入力でもって圧入
し、かつ該ナックルスピンドル３の軸受部3aに鋳鉄製の
ベアリング５を介してホイールハブ４を組み付けた。And, the spindle press-fitting portion 2a of the knuckle arm 2
The knuckle spindle 3 was press-fitted with a force of 5 tons, and the wheel hub 4 was attached to the bearing portion 3a of the knuckle spindle 3 via the cast iron bearing 5.
（比較例Ｉ） 上記具体例Ｉにおけるナックルアーム素材と同様の素
材を用いてナックルアームとナックルスピンドルとが一
体化したものを上記と同様の工程を経てオーステンパー
処理した。(Comparative Example I) A material in which the knuckle arm and the knuckle spindle were integrated by using the same material as the knuckle arm material in the above-mentioned Concrete Example I was subjected to austempering through the same steps as above.
また、ホイールハブとしては、上記具体例Ｉと同様の
片状黒鉛鋳鉄製ものを用意した。Further, as the wheel hub, the one made of flake graphite cast iron similar to the above specific example I was prepared.
そして、上記ナックルスピンドルの軸受部に鋳鉄製の
ベアリングを介してホイールハブを組み付けた。Then, the wheel hub was attached to the bearing portion of the knuckle spindle via a cast iron bearing.
（比較例II） ナックルアームおよびナックルスピンドルとして上記
具体例Ｉと同一材質のものを、ホイールハブとしては、
アルミニウム合金製もの（JIS AC4C）を用意した。(Comparative Example II) A knuckle arm and a knuckle spindle made of the same material as in the above specific example I are used as a wheel hub.
An aluminum alloy product (JIS AC4C) was prepared.
そして、上記ナックルアームのスピンドル圧入部にナ
ックルスピンドルを圧入し、かつ該ナックルスピンドル
の軸受部に鋳鉄製のベアリングを介してホイールハブを
組み付けた。Then, the knuckle spindle was press-fitted into the spindle press-fitting portion of the knuckle arm, and the wheel hub was attached to the bearing portion of the knuckle spindle via the cast iron bearing.
そして、上記具体例Ｉおよび両比較例I,IIにおいて、
各々ナックルスピンドルをベアリングを介して支承せし
めた状態で、該ベアリングのプリロードの変化を調べ
た。その要領は、ナックルスピンドルを下に、ホイール
ハブを上に向けた状態で上記ナックルスピンドルをテー
ブル等の固定台上に固定し、ばね秤の掛合部を上記ホイ
ールハブのハブボルトに掛合させた状態で、上記ばね秤
をホイールハブの周方向に引っ張ることにより、ホイー
ルハブを回転させるのに要する引張り力をナックルスピ
ンドルの温度条件を変化せしめて測定した。このときの
測定データを第２図に示す。なお、測定順序としては、
まず、ナックルスピンドルを25℃の状態で２時間保持し
た直後に第１回目の測定を行い、次に50℃の状態で２時
間保持した直後に第２回目の測定をと、順次温度を25℃
ずつ上昇させながら175℃まで測定を行った。なお、第
２図中、●印は具体例Ｉ、×印は比較例Ｉ、○印は比較
例IIであることをそれぞれ示す。And in the above-mentioned specific example I and both comparative examples I and II,
With each knuckle spindle supported via a bearing, changes in preload of the bearing were examined. The procedure is to fix the knuckle spindle on a fixed base such as a table with the knuckle spindle facing down and the wheel hub facing up, and the engagement part of the spring scale to engage with the hub bolt of the wheel hub. By pulling the spring scale in the circumferential direction of the wheel hub, the tensile force required to rotate the wheel hub was measured by changing the temperature condition of the knuckle spindle. The measurement data at this time are shown in FIG. The measurement order is
First, after the knuckle spindle was kept at 25 ° C for 2 hours, the first measurement was performed, and then the knuckle spindle was kept at 50 ° C for 2 hours, then the second measurement was performed.
The temperature was increased up to 175 ° C and the measurement was performed. In addition, in FIG. 2, a ● mark indicates a specific example I, a × mark indicates a comparative example I, and a ○ mark indicates a comparative example II.
この測定データから明らかなように、ナックルスピン
ドルの温度が25℃である初期セット時においては、具体
例Ｉおよび両比較例I,II共、ホイールハブに対する引張
り力は約800gの範囲にあった。そして、ナックルスピン
ドルの温度が高くなるに従って、上記比較例Ｉではホイ
ールハブに対する引張り力が上昇している。このこと
は、ナックルスピンドルの熱膨張係数がオーステンパー
処理によって大きくなり、このため組付け時に設定した
ベアリングのプリロードが高くなっていることによるも
のと推量される。また、比較例IIではナックルスピンド
ルの温度が高くなるに従ってホイールハブに対する引張
り力が急激に低下している。このことは、ホイールハブ
がAl合金製であるため熱膨張係数がナックルスピンドル
に比べて高く、このためベアリングのプリロードが低下
してがたつきが生じているものと推量される。As is clear from the measurement data, in the initial setting when the temperature of the knuckle spindle was 25 ° C., the pulling force on the wheel hub was in the range of about 800 g in both the specific example I and the comparative examples I and II. Then, as the temperature of the knuckle spindle increases, the tensile force with respect to the wheel hub increases in Comparative Example I. It is speculated that this is because the coefficient of thermal expansion of the knuckle spindle was increased by the austempering treatment, and thus the preload of the bearing set during assembly was increased. Further, in Comparative Example II, the tensile force on the wheel hub drastically decreases as the temperature of the knuckle spindle rises. This is presumed to be because the wheel hub is made of Al alloy and has a higher coefficient of thermal expansion than the knuckle spindle, and therefore the preload of the bearing is reduced and rattling occurs.
しかし、上記具体例Ｉでは、ナックルスピンドル３の
温度上昇に伴うホイールハブ４に対する引張り力は上記
両比較例I,IIの場合に比べて変化が小さかった。このこ
とは、上記ナックルスピンドル３の熱膨張係数が比較例
Ｉの場合に比べて小さく、つまりナックルスピンドル３
とホイールハブ４との熱膨張差が比較例I,IIの場合に比
べて小さく、これによりメタルクリアランスが小さく抑
制されていることによるものである。したがって、具体
例Ｉではベアリング５のプリロードの変化が低減され、
その信頼性の向上を図り得ることが判る。しかも、ステ
アリングナックルの主構成部材であるナックルアーム２
の組織がオーステンパー処理によってベイナイトと残留
オーステナイトとの混在組織に改質されていることか
ら、全体としての靭性等の物性の向上を図ることができ
る。However, in the above-mentioned specific example I, the tensile force with respect to the wheel hub 4 with the temperature rise of the knuckle spindle 3 was smaller than that in the above-mentioned comparative examples I and II. This means that the coefficient of thermal expansion of the knuckle spindle 3 is smaller than that of Comparative Example I, that is, the knuckle spindle 3
This is because the difference in thermal expansion between the wheel hub 4 and the wheel hub 4 is smaller than that in Comparative Examples I and II, and thereby the metal clearance is suppressed to be small. Therefore, in Example I, the change in the preload of the bearing 5 is reduced,
It is understood that the reliability can be improved. Moreover, the knuckle arm 2 which is the main constituent member of the steering knuckle
Since the structure of (1) is modified to a mixed structure of bainite and retained austenite by austempering, it is possible to improve the physical properties such as toughness as a whole.
また、上記具体例Ｉにおけるホイールハブ４の機械的
強度の試験をレギュレーション（運輸省技術基準）に基
づき行った。その試験要領は、空気圧2.6kg/cm2に設定
したタイヤをディスクホイールを介してホイールハブ４
に組み付け、該ホイールハブ４がベアリング５を介して
軸受部3aに組み付けられたナックルスピンドル３を支持
台の斜視部にセットし、１トンの重りをクインチ高さか
ら上記タイヤに落下させることにより、損傷の有無を調
べるものである。そして、この衝撃試験の結果、上記具
体例のホイールハブ４には損傷が見られず、上記基準を
十分に満足するものであった。Further, the mechanical strength test of the wheel hub 4 in the specific example I was performed based on the regulation (Technical Standard of the Ministry of Transport). The test procedure is as follows: Tires with air pressure of 2.6 kg / cm 2 are mounted on the wheel hub 4 via the disc wheel.
The knuckle spindle 3 in which the wheel hub 4 is assembled to the bearing portion 3a via the bearing 5 is set on the perspective portion of the support base, and a weight of 1 ton is dropped from the quince height to the tire. It is to check for damage. As a result of this impact test, no damage was found in the wheel hub 4 of the above-mentioned specific example, and the above-mentioned criteria were sufficiently satisfied.
また、上記ナックルアーム２の組成およびオーステン
パー処理条件は用途に応じて適宜選定すればよく、その
具体例II〜XIIIを比較例III〜Ｖと共に実験データを付
して表１および表２に示す。なお、両表1,2における熱
処理条件欄の上段はオーステナイト化処理条件を、下段
は恒温変態処理条件をそれぞれ示す。また、上記組成比
欄では各ナックルスピンドルの構成元素であるFeは省略
した。また、各元素の含有量の単位は重量％である。Further, the composition of the knuckle arm 2 and the austempering treatment conditions may be appropriately selected according to the application, and specific examples II to XIII thereof are shown in Tables 1 and 2 together with comparative examples III to V together with experimental data. . The upper part of the heat treatment condition column in both Tables 1 and 2 shows the austenitizing condition, and the lower part shows the isothermal transformation condition. In the composition ratio column, Fe, which is a constituent element of each knuckle spindle, is omitted. The unit of the content of each element is% by weight.
この実験データからも明らかなように、具体例II〜XI
IIにおいては、引張強さおよび伸び共に上記具体例Ｉの
場合と同様に満足する結果を得ることができ、かつ残留
オーステナイト量も25〜45容量％の範囲内にあった。し
かし、比較例IIIおよび比較例Ｖにおいては、恒温変動
処理温度が低いために引張強さは高いものの残留オース
テナイト量が過少となる結果、伸びが大幅に低下した。
また、比較例IVにおいては、オーステナイト化処理温度
が高いために固溶炭素量が過剰となり、その結果、残留
オーステナイト量が増加し、しかも恒温変動処理温度も
高いために引張強さおよび伸び共に低下した。したがっ
て、上記具体例II〜XIIIにおいても、具体例Ｉの場合と
同様にベアリング５のプリロードの変化を低減せしめて
その信頼性の向上を図ることができるものである。As is clear from this experimental data, specific examples II to XI
In II, the tensile strength and the elongation were able to obtain the same satisfactory results as in the case of the specific example I, and the amount of retained austenite was within the range of 25 to 45% by volume. However, in Comparative Example III and Comparative Example V, although the tensile strength was high because the constant temperature fluctuation treatment temperature was low, the amount of retained austenite was too small, resulting in a significant decrease in elongation.
Further, in Comparative Example IV, the amount of solute carbon was excessive because the austenitizing temperature was high, and as a result, the retained austenite amount was increased, and both the tensile strength and the elongation were decreased because the constant temperature fluctuation treatment temperature was also high. did. Therefore, also in the above-mentioned specific examples II to XIII, as in the case of specific example I, the change in preload of the bearing 5 can be reduced and the reliability thereof can be improved.
なお、上記実施例では、車両用ナックル構造体を自動
車の前輪懸架装置部分であるステアリングナックルに適
用した場合を示したが、これに限らず、例えばフォーク
リフト等の後輪懸架装置部分に適用することも採用可能
である。 In addition, in the above embodiment, the case where the vehicle knuckle structure is applied to the steering knuckle which is the front wheel suspension system portion of the automobile is shown, but the invention is not limited to this, and it may be applied to the rear wheel suspension system portion such as a forklift. Can also be adopted.
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄
製のナックル本体の組織をオーステンパー処理によりベ
イナイトと残留オーステナイトとの混在組織に改質した
ので、残留オーステナイトの特性によりナックル本体の
靭性等の物性の向上を図ることができる。(Effect of the invention) As described above, according to the present invention, the structure of the knuckle body made of spheroidal graphite cast iron is modified into a mixed structure of bainite and retained austenite by austempering, so that the characteristics of retained austenite It is possible to improve the physical properties such as the toughness of the knuckle body.
さらに、上記ナックルスピンドルの回転駆動時つまり
実用温度範囲において、ナックルスピンドルの熱膨張度
合をナックル本体に比べて小さくしているので、ナック
ルスピンドルの軸受部とホイールハブとの間に介装され
たベアリングのプリロードはオーステンパー処理した場
合に比べて大幅に変化することがなく、よってベアリン
グの信頼性の向上を図ることができる。さらには、ナッ
クルスピンドルとナックル本体との熱膨張係数を近似さ
せたので、実用温度範囲において両者の間に好適なメタ
ルクリアランスを維持し、ベアリングのプリロードを低
減することができる。Further, since the degree of thermal expansion of the knuckle spindle is smaller than that of the knuckle body during rotational driving of the knuckle spindle, that is, in a practical temperature range, a bearing interposed between the bearing portion of the knuckle spindle and the wheel hub. The preload of (1) does not change significantly as compared with the case of austempering, so that the reliability of the bearing can be improved. Furthermore, since the thermal expansion coefficients of the knuckle spindle and the knuckle body are approximated, it is possible to maintain a suitable metal clearance between them and reduce the preload of the bearing in the practical temperature range.
第１図は本発明の実施例に係る車両ナックル構造体を自
動車の前輪懸架装置部分であるステアリングナックルに
適用した場合を一部破断して示す正面図、第２図は温度
変化に対するベアリングのプリロード変化を調べるため
に測定した，ホイールハブに対するナックルスピンドル
の回転力を示す測定データである。 ２……ナックルアーム、３……ナックルスピンドル、４
……ホイールハブ、５……ベアリング。FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a case where a vehicle knuckle structure according to an embodiment of the present invention is applied to a steering knuckle which is a front wheel suspension portion of an automobile, and FIG. 2 is a preload of a bearing against temperature change. It is the measurement data showing the rotational force of the knuckle spindle with respect to the wheel hub, which was measured to examine the change. 2 ... Knuckle arm, 3 ... Knuckle spindle, 4
…… Wheel hub, 5 …… Bearing.
Claims (1)
組織を有する球状黒鉛鋳鉄製のナックル本体と、 一端側にベアリングを介してホイールハブが支承される
とともに、他端側が上記ナックル本体に圧入されて組み
付けられた鋼製のナックルスピンドルとを備え、 上記ナックル本体は、熱膨張係数が15×10-6/℃〜17.5
×10-6/℃に、 上記ナックルスピンドルは、熱膨張係数が11×10-6/℃
〜13×10-6/℃にそれぞれ設定されていることを特徴と
する車両のナックル構造体。1. A knuckle body made of spheroidal graphite cast iron having a mixed structure of bainite and retained austenite, a wheel hub is supported on one end side via a bearing, and the other end side is press-fitted onto the knuckle body to be assembled. Knuckle spindle made of steel, the knuckle body has a thermal expansion coefficient of 15 × 10 -6 / ℃ ~ 17.5
× to 10 -6 / ° C., the knuckle spindle, thermal expansion coefficient of 11 × 10 -6 / ° C.
A knuckle structure for a vehicle, characterized in that each is set to ~ 13 × 10 -6 / ° C.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62058226A JP2563920B2 (en) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | Knuckle structure for vehicle |
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Publications (2)
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|---|---|
| JPS63227741A JPS63227741A (en) | 1988-09-22 |
| JP2563920B2 true JP2563920B2 (en) | 1996-12-18 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02101142A (en) * | 1988-10-05 | 1990-04-12 | Mazda Motor Corp | Spheroidal graphite cast iron castings having excellent machinability |
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| EP2319639A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-11 | Georg Fischer Automobilguss GmbH | Cast iron axle leg with moulded steel core - method for manufacturing the axle leg |
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| JPS5718506A (en) * | 1980-07-10 | 1982-01-30 | Akebono Brake Ind Co Ltd | Structure for supporting driven wheel of vehicle |
| JPS60138049A (en) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Hitachi Metals Ltd | Steering knuckle for truck |
-
1987
- 1987-03-13 JP JP62058226A patent/JP2563920B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63227741A (en) | 1988-09-22 |
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