WO2023286771A1 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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正明 林
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture

Definitions

  • the present invention relates to a wheel bearing device.
  • the hardness of the rolling elements in the front wheel bearing device is adjusted to that of the rear wheel bearing device so that the rigidity of the front wheel bearing device is lower than that of the rear wheel bearing device. It is known to set the hardness lower than the hardness of the rolling elements (see Patent Document 1).
  • a high load is applied when the vehicle makes a sharp turn, and in particular, the raceway surface of the outer member may be deformed, which may change the rigidity of the wheel bearing device.
  • the load applied plastically deforms the raceway surface of the outer member, thereby increasing the gap between the outer member and the rolling element and reducing the preload, thereby reducing the rigidity of the wheel bearing device.
  • Patent Document 1 does not take measures against the above change in rigidity. Therefore, according to the wheel bearing device of Patent Literature 1, when a high load is applied, there is a risk that the rigidity will change and the vehicle attitude as designed cannot be maintained.
  • An object of the present invention is to provide a wheel bearing device capable of suppressing deterioration in rigidity by suppressing deformation of the raceway surface of the outer member.
  • a wheel bearing device of the present invention comprises: an outer member having a double-row outer raceway surface on an inner circumference; an inner member having a double-row inner raceway surface facing the double-row outer raceway surface; double rows of rolling elements that are rollably accommodated between the raceway surfaces of the inner member and the inner member, wherein the outer member includes a quenched portion quenched along the outer raceway surface. and the depth of quenching at the contact position of the quenched portion with the rolling element is deeper than the depth of occurrence of stress exceeding the yield point before quenching when the maximum stress assumed during use is input. characterized by
  • the wheel bearing device in the wheel bearing device, it is possible to suppress deterioration in rigidity by suppressing deformation of the raceway surface of the outer member.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the outer ring of FIG. 1; It is a partially enlarged cross-sectional view of an outer ring of a comparative example.
  • the overall configuration of a wheel bearing device 1 will be described with reference to FIG.
  • the inner side indicates the vehicle body side of the wheel bearing device 1 when attached to the vehicle body
  • the outer side indicates the wheel side of the wheel bearing device 1 when attached to the vehicle body.
  • the axial direction means the direction along the rotation axis A of the wheel bearing device 1 .
  • a wheel bearing device 1 rotatably supports a wheel in a suspension system of a vehicle such as an automobile.
  • a wheel bearing device 1 includes an outer ring 2 , a hub ring 3 , an inner ring 4 , rolling elements 5 , an inner side seal member 6 and an outer side seal member 7 .
  • the outer ring 2 which is an outer member, supports the hub ring 3 and the inner ring 4.
  • An inner side fitting surface 2b for fitting the inner side sealing member 6 is provided on the inner peripheral surface of the inner side end portion 2g of the outer ring 2 .
  • An outer-side fitting surface 2c for fitting the outer-side seal member 7 is provided on the inner peripheral surface of the outer-side end portion 2f of the outer ring 2 .
  • An outer peripheral surface 2e of the outer ring 2 is integrally provided with a vehicle body attachment flange 2d for attachment to a knuckle of a suspension system (not shown).
  • the inner peripheral surface of the outer ring 2 is provided with double-row outer raceway surfaces 2a, 2a on its inner side and outer side in the circumferential direction.
  • the inner member is composed of a hub ring 3 and an inner ring 4.
  • the hub wheel 3 rotatably supports a vehicle wheel (not shown).
  • a small-diameter stepped portion 3a extending in the axial direction is provided at the inner end portion of the outer peripheral surface of the hub wheel 3 .
  • a wheel mounting flange 3b for mounting a wheel is integrally provided on the outer side end of the hub wheel 3.
  • a hub bolt 3c is press-fitted into the wheel mounting flange 3b for fastening the hub wheel 3 and the wheel or the brake device.
  • the wheel mounting flange 3b may be provided with tapped holes for fastening hub bolts.
  • an inner raceway surface 3d is provided on the outer peripheral surface of the hub wheel 3 on the outer side so as to face the outer raceway surface 2a on the outer side. That is, the inner raceway surface 3c is formed by the hub wheel 3 on the outer side of the inner member.
  • a slidable contact surface 3e with which the outer side seal member 10 slidably contacts is provided on the base side of the wheel mounting flange 3b of the hub wheel 3 .
  • the inner ring 4 is press-fitted into the small-diameter stepped portion 3a of the hub ring 3.
  • the inner ring 4 applies preload to the rolling elements 5 .
  • An inner raceway surface 4a is provided on the outer peripheral surface of the inner ring 4 so as to face the inner side outer raceway surface 2a. That is, the inner raceway surface 4a is formed by the inner ring 4 on the inner side of the inner member.
  • a fitting surface 4 b for fitting the inner side seal member 6 is provided on the outer peripheral surface of the inner side end portion 4 c of the inner ring 4 .
  • the rolling elements 5 are composed of balls.
  • the inner-side rolling elements 5 and the outer-side rolling elements 5 are held by cages 51, respectively.
  • the inner-side rolling elements 5 are rollably sandwiched between the inner raceway surface 4 a of the inner ring 4 and the inner-side outer raceway surface 2 a of the outer ring 2 .
  • the outer-side rolling elements 5 are rotatably sandwiched between the inner raceway surface 3 d of the hub wheel 3 and the outer-side raceway surface 2 a of the outer ring 2 . That is, the inner-side rolling elements 5 and the outer-side rolling elements 5 are rotatably accommodated between the raceway surfaces of the outer member and the inner member.
  • the outer ring 2 , the hub ring 3 , the inner ring 4 , and the double-row rolling elements 5 constitute a double-row angular contact ball bearing.
  • the wheel bearing device 1 may constitute a double-row tapered roller bearing instead of the double-row angular contact ball bearing.
  • the inner-side sealing member 6 and the outer-side sealing member 7 are sealing members that close the open end of the annular space S formed by the outer member and the inner member.
  • the inner side seal member 6 is attached to an inner side opening end formed between the outer ring 2 and the inner ring 4 in the annular space S.
  • the outer-side seal member 7 is attached to an outer-side opening end formed between the outer ring 2 and the hub wheel 3 in the annular space S. As shown in FIG.
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the outer ring 2.
  • the outer ring 2 is made of medium-high carbon steel containing 0.40 to 0.80 wt% of carbon, such as S53C.
  • the outer ring 2 is quenched along the outer raceway surface 2a in a heat treatment process.
  • hardening is performed using a technique such as induction hardening and carburizing hardening that can set the hardening depth.
  • a quenched portion 21 is formed in the outer ring 2 after the heat treatment process, the surface hardness and strength are improved, and the rolling contact fatigue life of the outer raceway surface 2a is improved.
  • the quenching depth D1 at the point of contact (contact position) P between the quenched portion 21 and the rolling element 5 exceeds the yield point before quenching when the maximum stress assumed during use is input to the wheel bearing device 1. It is set deeper than the stress generation depth D2. D1 is about 2 mm, preferably 3 mm or more assuming that a load greater than expected is applied.
  • the point of contact P is determined by the range of the contact angle ⁇ of the outer raceway surface 2a when a load is applied.
  • the maximum stress assumed during use is the stress applied during turning of the vehicle, for example, the stress generated by a turning load equivalent to 0.6G.
  • the stress when a load larger than expected is applied for example, is a stress generated by a turning load equivalent to 0.8G.
  • the yield point before quenching is the yield point of the green material forming the outer ring 2, and is about 400 MPa, for example.
  • the stress generation region 22 exceeding the yield point before quenching can be determined by, for example, the finite element method.
  • the stress generation depth D2 exceeding the yield point before quenching is the depth from the contact point P in the stress generation region 22 . For example, it is assumed that the depth D2 at which stress exceeding the yield point before quenching occurs due to a turning load equivalent to 0.6 G is about 2 mm.
  • the quenching depth D1 can be obtained by, for example, the finite element method so as to be deeper than the depth D2.
  • the setting of the quenching depth in the heat treatment process can be adjusted by the quenching time, coil output, coil design, etc., for example, in induction hardening.
  • the hardening depth D1 is deeper than the stress generation depth D2 exceeding the yield point before hardening, even when a high load is applied from the rolling elements 5 to the outer raceway surface 2a, such as when the vehicle is sharply turning,
  • the preload can be maintained without plastic deformation of the outer raceway surface 2a, and the rigidity of the wheel bearing device 1 can be maintained. As a result, it is possible to stabilize the attitude of the vehicle during turning.
  • the present invention can also be applied to a wheel bearing device for driven wheels.
  • the wheel bearing device 1 of the present embodiment has been described as a wheel bearing device of the third generation structure for inner ring rotation in which the inner raceway surface 3d of the rolling element 5 is directly formed on the outer periphery of the hub wheel 3.
  • a second-generation inner ring rotating structure in which a pair of inner rings 4 are press-fitted and fixed to the hub wheel 3 may be used.
  • a third-generation structure or a second-generation structure of outer ring rotation may be used.
  • the above-described embodiment merely shows a typical form of the present invention, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can be used for wheel bearing devices.

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Abstract

外方部材の軌道面の変形を抑制することで、車両の旋回時の姿勢を安定させることができる車輪用軸受装置を提供する。車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面（２ａ）を有する外輪（２）と、複列の外側軌道面（２ａ）に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、外輪（２）と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備える。外輪（２）は、外側軌道面（２ａ）に沿って焼入れされた焼入れ部（２１）を有する。焼入れ部（２１）の転動体との接触位置における焼入れ深さ（Ｄ１）は、使用時において想定される最大応力が入力されたときの、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さ（Ｄ２）よりも深い。

Description

車輪用軸受装置
　本発明は、車輪用軸受装置に関する。
　車両の旋回時の姿勢を安定させる技術として、前輪の軸受装置の剛性が後輪の軸受装置の剛性よりも低くなるように、前輪の軸受装置における転動体の硬さを後輪の軸受装置における転動体の硬さよりも低く設定することが知られている（特許文献１参照）。
　また、従来の一般的な車輪用軸受装置の構成によれば、車両の急旋回時に高負荷が掛かり、特に外方部材の軌道面が変形して車輪用軸受装置の剛性が変化する可能性がある。具体的には、荷重の負荷により外方部材の軌道面が塑性変形することにより転動体との隙間が大きくなり、予圧荷重が減少することで車輪用軸受装置の剛性が低下する。
特開２００５―２３３４０３号公報
　しかしながら、特許文献１では上記の剛性の変化については対策されていない。したがって、特許文献１の車輪用軸受装置によれば、高負荷が掛かった場合に剛性が変化し、設計通りの車両姿勢を保てなくなるおそれがある。
　本発明は、外方部材の軌道面の変形を抑制することで、剛性の低下を抑制することができる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
　本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記外方部材は、前記外側軌道面に沿って焼入れされた焼入れ部を有し、前記焼入れ部の前記転動体との接触位置における焼入れ深さは、使用時において想定される最大応力が入力されたときの、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さよりも深いことを特徴とする。
　本発明によれば、車輪用軸受装置において、外方部材の軌道面の変形を抑制することで、剛性の低下を抑制することができる。
一実施形態の車輪用軸受装置の断面図である。 図１の外輪の部分拡大断面図である。 比較例の外輪の部分拡大断面図である。
［車輪用軸受装置の全体構成］
　図１を用いて、車輪用軸受装置１の全体構成について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。軸方向とは、車輪用軸受装置１の回転軸Ａに沿った方向を表す。
　図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において車輪を回転自在に支持する。車輪用軸受装置１は、外輪２と、ハブ輪３と、内輪４と、転動体５と、インナー側シール部材６と、アウター側シール部材７とを備えている。
　外方部材である外輪２は、ハブ輪３と内輪４とを支持している。外輪２のインナー側端部２ｇにおける内周面には、インナー側シール部材６を嵌合するインナー側嵌合面２ｂが設けられている。外輪２のアウター側端部２ｆにおける内周面には、アウター側シール部材７を嵌合するアウター側嵌合面２ｃが設けられている。外輪２の外周面２ｅには、図示しない懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｄが一体に設けられている。外輪２の内周面には、そのインナー側及びアウター側に複列の外側軌道面２ａ・２ａが周方向に設けられている。
　内方部材は、ハブ輪３と内輪４とによって構成されている。ハブ輪３は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３の外周面におけるインナー側端部には、軸方向に延びる縮径された小径段部３ａが設けられている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に設けられている。車輪取り付けフランジ３ｂには、ハブ輪３と車輪又はブレーキ装置とを締結するためのハブボルト３ｃが圧入されている。または、車輪取り付けフランジ３ｂにハブボルトを締結する為のタップ穴が設けられていてもよい。また、ハブ輪３のアウター側の外周面には、アウター側の外側軌道面２ａに対向する内側軌道面３ｄが設けられている。つまり、内方部材のアウター側には、ハブ輪３によって内側軌道面３ｃが構成されている。ハブ輪３における車輪取り付けフランジ３ｂの基部側には、アウター側シール部材１０が摺接する摺接面３ｅが設けられている。
　内輪４は、ハブ輪３の小径段部３ａに圧入されている。内輪４は、転動体５に予圧を付与している。内輪４の外周面には、インナー側の外側軌道面２ａに対向する内側軌道面４ａが設けられている。つまり、内方部材のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。また、内輪４のインナー側端部４ｃにおける外周面には、インナー側シール部材６を嵌合する嵌合面４ｂが設けられている。
　転動体５はボールで構成されている。インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、それぞれ保持器５１によって保持されている。インナー側の転動体５は、内輪４の内側軌道面４ａと、外輪２のインナー側の外側軌道面２ａとの間に転動自在に挟まれている。アウター側の転動体５は、ハブ輪３の内側軌道面３ｄと、外輪２のアウター側の外側軌道面２ａとの間に転動自在に挟まれている。つまり、インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、外方部材と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容されている。このように、車輪用軸受装置１においては、外輪２と、ハブ輪３及び内輪４と、複列の転動体５とによって複列アンギュラ玉軸受が構成されている。なお、車輪用軸受装置１は複列アンギュラ玉軸受に替えて複列円錐ころ軸受を構成していてもよい。
　インナー側シール部材６及びアウター側シール部材７は、外方部材と内方部材とによって形成された環状空間Ｓの開口端を塞ぐシール部材である。インナー側シール部材６は、環状空間Ｓのうち外輪２と内輪４との間に形成されたインナー側開口端に装着されている。一方、アウター側シール部材７は、環状空間Ｓのうち外輪２とハブ輪３との間に形成されたアウター側開口端に装着されている。
［外輪の焼入れ］
　図２は、外輪２の部分拡大断面図である。外輪２は、例えばＳ５３Ｃ等の炭素０．４０～０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で構成されている。外輪２は、熱処理工程において外側軌道面２ａに沿って焼入れされる。熱処理工程においては、高周波焼入れや浸炭焼入れなど、焼入れ深さを設定可能な手法を用いて焼入れする。熱処理工程後の外輪２には焼入れ部２１が形成され、表面硬度及び強度が向上し、外側軌道面２ａの転動疲労寿命が向上する。
　焼入れ部２１の転動体５との接点（接触位置）Ｐにおける焼入れ深さＤ１は、使用時において想定される最大応力が車輪用軸受装置１に入力されたときの、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さＤ２よりも深く設定する。Ｄ１は２ｍｍ程度、好ましくは想定以上の荷重が付加されることを想定して３ｍｍ以上が望ましい。接点Ｐは、外側軌道面２ａが有する接触角θの荷重負荷時の範囲によって決定される。使用時において想定される最大応力は、車両の旋回時などに掛かる応力であり、例えば０．６Ｇ相当の旋回荷重によって発生する応力である。また、想定以上の荷重が付加された場合の応力とは、例えば０．８Ｇ相当の旋回荷重によって発生する応力である。焼入れ前の降伏点とは外輪２を構成する生材の降伏点であり、例えば約４００ＭＰａである。焼入れ前の降伏点を超える応力の発生領域２２は、例えば有限要素法によって求めることができる。焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さＤ２は、その応力の発生領域２２における接点Ｐからの深さである。例えば０．６Ｇ相当の旋回荷重によって発生する焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さはＤ２の深さは２ｍｍ程度と想定される。
　焼入れ深さＤ１は、深さＤ２よりも深くなるように、例えば有限要素法によって求めることができる。熱処理工程における焼入れ深さの設定は、例えば高周波焼入れでは、焼入れ時間、コイル出力、コイル設計などで調整することができる。
　このように、焼入れ深さＤ１が焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さＤ２よりも深いことにより、車両の急旋回時など転動体５から外側軌道面２ａに高負荷が掛かった場合でも外側軌道面２ａが塑性変形することなく、予圧荷重を保つことができ、車輪用軸受装置１の剛性を維持できる。その結果、車両の旋回時の姿勢を安定させることができる。
　一方、図３に示す比較例のように、転動体５との接点Ｐにおける焼入れ深さＤ３が、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さＤ２よりも浅い場合、車両の急旋回時など転動体５から外側軌道面２ａに高負荷が掛かったときに、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生領域２２における焼入れ部２３より深い部分が塑性変形する。これにより、外側軌道面２ａも変形し、転動体５との隙間が大きくなり、予圧荷重が減少することで、車輪用軸受装置１の剛性が低下する。その結果、車両の旋回時に設計通りの車両姿勢を保てなくなる。
　なお、車輪用軸受装置１が複列アンギュラ玉軸受に替えて複列円錐ころ軸受を構成している場合、焼入れ部の転動体との接触位置は接線となり、焼入れ深さＤ１は接線からの深さとなる。
　なお、本実施形態においては駆動輪用の車輪用軸受装置１について説明したが、本発明は、従動輪用の車輪用軸受装置にも適用することができる。
　以上、本実施形態の車輪用軸受装置１は、ハブ輪３の外周に転動体５の内側軌道面３ｄが直接形成されている内輪回転の第３世代構造の車輪用軸受装置として説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、ハブ輪３に一対の内輪４が圧入固定された内輪回転の第２世代構造であってもよい。また、外輪回転の第３世代構造又は第２世代構造であってもよい。また、上記の実施形態は、本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
　本発明は、車輪用軸受装置に利用可能である。
　１　　　　　車輪用軸受装置
　２　　　　　外輪（外方部材）
　２ａ　　　　外側軌道面
　３　　　　　ハブ輪（内方部材）
　３ｄ　　　　内側軌道面
　４　　　　　内輪（内方部材）
　４ａ　　　　内側軌道面
　５　　　　　転動体
　２１　　　　焼入れ部
　Ｄ１　　　　焼入れ部の転動体との接触位置における焼入れ深さ
　Ｄ２　　　　焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さ

Claims (3)

  1. 　内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
    　前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
    　前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
    　前記外方部材は、前記外側軌道面に沿って焼入れされた焼入れ部を有し、
    　前記焼入れ部の前記転動体との接触位置における焼入れ深さは、使用時において想定される最大応力が入力されたときの、焼入れ前の降伏点を超える応力の発生深さよりも深いことを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 　前記外方部材と前記内方部材と前記転動体とが、複列アンギュラ玉軸受を構成することを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 　前記外方部材と前記内方部材と前記転動体とが、複列円錐ころ軸受を構成することを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
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