JP2005319966A - Bearing device for supporting wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車等の車輪及びブレーキロータ或いはブレーキドラム等の制動用回転体を支持するフランジを備えた車輪支持用軸受装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a bearing device for supporting a wheel provided with a flange for supporting a wheel of an automobile or the like, and a braking rotor such as a brake rotor or a brake drum.
従来のこの種の車輪支持用軸受装置としては、例えば図1に示すものが知られている。 この車輪支持用軸受装置1は、ハブ輪2、内輪3、外輪4及び複数の転動体5を備えている。ハブ輪2の外周面のアウトボード側端部(自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部:図1の左端部)には車輪取付用フランジ6が設けられ、該車輪取付用フランジ6には該フランジ6のアウトボード側の側面に車輪及びブレーキロータを取り付けるためのハブボルト10が周方向に略等間隔で複数植設されている。
As a conventional wheel support bearing device of this type, for example, the one shown in FIG. 1 is known. The wheel support bearing
また、ハブ輪2のインボード側端部(自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部:図1の右端部)には小径段部8が形成されており、該小径段部8に嵌め込まれた内輪3の外周面には内輪軌道面9が形成され、ハブ輪2の軸方向の中間部外周面には内輪軌道面7が形成されている。ハブ輪2のインボード側の先端は円筒状に形成されており、該円筒部(加締め部)12を径方向外方に加締め広げることにより、内輪3がハブ輪2に加締め固定されている。なお、内輪3は、加締めの他、ナットでの締結によって必要な与圧を与えることもある。
In addition, a small-
外輪4の内周面にはハブ輪2の内輪軌道面7に対応する外輪軌道面15及び内輪3の内輪軌道面9に対応する外輪軌道面16が形成されており、また、外輪4の前記車輪取付用フランジ6から離間する側の端部には懸架装置取付用フランジ17が設けられている。そして、複列の内輪軌道面7,9と複列の外輪軌道面15,16との間にそれぞれ複数の転動体5が保持器14を介して周方向に転動可能に配設されている。
An outer
尚、図示の例では、転動体5として玉を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用軸受装置の場合には、転動体5としてテーパころを使用する場合もある。
また、ハブ輪2の前記車輪取付用フランジ6のインボード側の付け根部から内輪軌道面7を経て小径段部8までの領域は、転がり疲労寿命確保のためと、内輪嵌合部のフレッチング防止のため、高周波焼入れによる硬化層Tが形成されている。
In the illustrated example, a ball is used as the
Further, the region from the base portion on the inboard side of the
上述の様な車輪支持用軸受装置1を自動車に組み付けるには、非回転輪側の外輪4の懸架装置取付用フランジ17を懸架装置に固定し、回転輪側のハブ輪2の車輪取付用フランジ6にハブボルト10及びナット(図示せず)を介してブレーキロータ及び車輪を固定する。これにより、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持することができる。
ところで、回転輪側のハブ輪2に形成された車輪取付用フランジ6は、ブレーキロータを取り付けるための基準面となるが、軽量化を目的としてフランジ6の薄肉化を進めた場合、ハブボルト10とナットとの締結の際に必要なトルクを与えると、ハブボルト10のボルト用穴11周りで材料の降伏強度以上の応力が発生し、基準面のフランジ面にミクロンオーダーの塑性変形が生じる。
In order to assemble the wheel support bearing
By the way, the
このようなフランジ面の塑性変形を防止する手段としては、車輪取付用フランジ6の厚肉化であるが、これは軽量化、薄肉化の流れに逆行する。また、素材の高炭素濃度化や強化元素のSi、Mn、Vの添加によって高降伏強度とすることもできるが、コストアップは避けられない。
更に、フランジ6の付け根部のみに硬化層を付与する手段(例えば特許文献1参照)も開示されているが、フランジの微小変形については言及されていない。
Furthermore, although means (for example, refer to Patent Document 1) for applying a hardened layer only to the base portion of the
本発明は上述のような不都合を解消するためになされたものであり、フランジの形状や寸法を変更することなく、また、素材の変更を伴うことなく、フランジ面の変形を抑制することができる車輪支持用軸受装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to eliminate the above-described disadvantages, and can suppress the deformation of the flange surface without changing the shape and dimensions of the flange and without changing the material. An object of the present invention is to provide a wheel support bearing device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、外周面に内輪軌道面が形成されたハブ輪と、該ハブ輪の端部に外嵌されると共に外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面が形成された外輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記ハブ輪及び前記外輪の内で回転側とされる軌道輪の外周面に形成されたフランジとを備え、該フランジの側面に制動用回転体と車輪とがボルト又はボルトとナットを介して結合固定された状態で使用される車輪支持用軸受装置において、
前記回転側とされる軌道輪が、前記フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The bearing ring on the rotating side is made of steel with a quenching and tempering layer provided on at least one side surface of the flange.
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の硬さをHRC20〜64、好ましくはHRC20〜39としたことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2において、前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の範囲を、前記ボルトのボルト用穴のPCD(ピッチ円直径)を中心として該ボルト用穴の穴径の1.5倍以上としたことを特徴とする。
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the range of the quenching and tempering layer provided on the flange is a hole diameter of the bolt hole centered on a PCD (pitch circle diameter) of the bolt hole of the bolt. It is characterized by being 1.5 times or more.
ここで、高周波焼入れにてフランジの制動用回転体の取付面となる側面(アウトボード側の側面)に焼入れ焼戻し層を設ける場合は、パイロット部とフランジ付け根のR部分に焼入れ焼戻し層がかからないことが好ましい。
また、焼入れ焼戻し層が深いと熱処理変形の問題が発生しやすくなるので、焼入れ焼戻し層の深さは好ましくは、0.5〜2.0mmの範囲とすればよい。
更に、回転側とされる軌道輪は、必要な転動疲労強度を得るため、Cが0.40重量%以上、切削性を低下させないために0.80重量%以下の炭素鋼からなることが好ましい。
Here, when a quenching and tempering layer is provided on the side surface (side surface on the outboard side) that becomes the mounting surface of the flange braking rotor by induction hardening, the quenching and tempering layer should not be applied to the pilot portion and the R portion of the flange base. Is preferred.
Moreover, since the problem of heat treatment deformation tends to occur when the quenching and tempering layer is deep, the depth of the quenching and tempering layer is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mm.
Further, the bearing ring on the rotating side may be made of carbon steel having C of 0.40% by weight or more and 0.80% by weight or less in order not to lower the machinability in order to obtain necessary rolling fatigue strength. preferable.
本発明によれば、回転側とされる軌道輪が、フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなるため、フランジの形状を変更することなく、また、素材の変更を伴うことなく、フランジ面の変形を抑制することができる。 According to the present invention, since the raceway on the rotating side is made of steel with a quenching and tempering layer provided on at least one side surface of the flange, the shape of the flange is not changed and the material is changed. And deformation of the flange surface can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。なお、この実施の形態の車輪支持用軸受装置は、その基本的構造が図1で説明したものと略同一であるため、図1を流用して説明する。
本発明の実施の形態の一例である車輪支持用軸受装置は、回転側とされるハブ輪2の外周面に形成された車輪取付用フランジ6のアウトボード側の側面にブレーキロータ21と車輪22(図2参照)とがハブボルト10及びナット(図示せず)により結合固定された状態で使用される。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since the basic structure of the wheel support bearing device of this embodiment is substantially the same as that described with reference to FIG. 1, the description will be made with reference to FIG.
The wheel support bearing device as an example of the embodiment of the present invention includes a
そして、ハブ輪2が、車輪取付用フランジ6の少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層20(図4〜図7参照)を設けた鋼からなり、且つ該焼入れ焼戻し層20の硬さをHRC20〜64とすると共に、焼入れ焼戻し層20の範囲をハブボルト10のボルト用穴11のPCD(ピッチ円直径)を中心として該ボルト用穴11の穴径の1.5倍以上としている。
The
フランジ6の変形は、車輪との接点がボルト用穴11より広い円周上に存在し(図2参照)、ハブボルト10の軸力がフランジ6に対して曲げ変形力として作用するために発生する。フランジ6の変形を抑制することは、ボルト用穴11周りの降伏強度を向上させ、より多くの領域を弾性限度内に留めることである。
そのために、フランジ6の少なくとも一方の側面のボルト用穴11周りに焼入れ焼戻し層20を高周波焼入れにより形成する。
The deformation of the
For this purpose, a quenching and
本発明者等は、フランジ6の変形量がミクロンオーダーで一般の塑性変形量と比べて極めて微小であり、わずかに弾性限度を超えた領域であることから、変形を担う部分を高強度化することでフランジ6の変形を抑制することができることを見出した。
また、焼入れ焼戻し層20のミクロ組織は、マルテンサイト生地中に炭化物が均一に分散された組織となり、焼入れ焼戻し層20以外の領域に存在する鍛造放冷ままの組織(軟質な島状のフェライトとパーライトの混合組織)と比較して強度特性が非常に良好になる。
Since the deformation amount of the
Further, the microstructure of the quenched and tempered
これは、鍛造放冷組織の降伏が軟質なフェライトから優先的に低い応力で変形しているのに対し、硬化領域では、ばらつきの少なく高い平均強度を有しているためである。その結果、同一硬さに対する降伏強度は、焼入れ焼戻し層20の硬化領域で高くなる。
このように高周波焼入れによって車輪取付用フランジ6の少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層20を形成することにより、車輪取付用フランジ6の形状・寸法を変更することなく、また、素材の高C化や合金元素の添加などの改良を行うことなく、更に、現行の加工方法や既存設備を大幅に変更することなく、フランジ6の変形を抑制することが可能になる。なお、ハブ輪2の全体を均一加熱してハブ輪2の全域に焼入れ焼戻し処理を施しても同様の作用効果を得ることができる。
This is because the yield of the forged cool structure is preferentially deformed from a soft ferrite with a low stress, whereas the hardened region has a high average strength with little variation. As a result, the yield strength for the same hardness increases in the hardened region of the quenching and
In this way, by forming the quenching and tempering
以下、数値限定等の意義を説明する。
(焼入れ焼戻し層の硬さ:HRC20〜HRC64)
焼入れ焼戻しによってフランジ6の側面の硬さをHRC20以上とすると、素地より降伏強度が高くなり、フランジ6の変形を効果的に抑制することが可能になる。但し、HRC64を超えると衝撃強度が著しく低下するのでこれを上限とする。より高い衝撃強度を求めるために、好ましくは、HRC20〜HRC39とする。
Hereinafter, the significance of numerical limitation will be described.
(Hardness of quenching and tempering layer: HRC20 to HRC64)
If the hardness of the side surface of the
(焼入れ焼戻し層の深さ)
フランジ6のブレーキロータ21の取付面となる側の側面は、取付基準面であるために旋削加工後に焼入れ硬化処理を行うと少なからず熱処理変形を生じる可能性がある。焼入れ焼戻し層20が深いほど熱処理変形が発生しやすくなるので、かかる変形を防止すべく、焼入れ焼戻し層20の深さは、好ましくは0.5〜2.0mmの範囲とする。
(Depth of quenching and tempering layer)
Since the side surface of the
(焼入れ焼戻し層の範囲)
フランジ6のボルト用穴11周りに変形が生じるため、ボルト用穴11径に対して焼入れ焼戻し層20による硬化範囲が狭いと上記効果が十分に得られない。従って、後述のようにボルト用11穴径に対する焼入れ焼戻し層20の範囲を1.5倍以上とするのが好ましい。
また、ハブ輪2全体を均一加熱して焼入れ焼戻し層20を形成する場合(図7参照)、ハブ輪2のフランジ6の付け根部等のように衝撃強度が要求される部位に対して、必要以上に硬さを上げると衝撃強度の低下を招く虞れがあるので、この場合、焼入れ焼戻し層20の硬さをHRC20〜39とする必要がある。
(Range of quenching and tempering layer)
Since deformation occurs around the
Further, when forming the quenching and tempering
(ハブ輪の素材)
必要な転動疲労強度を得るためCが0.40重量%以上は必要であるが、過剰に添加すると切削性を低下させてしまうために0.80重量%以下の炭素鋼からなることが好ましい。
(Hub ring material)
In order to obtain the required rolling fatigue strength, C is required to be 0.40% by weight or more, but if it is added excessively, the machinability is lowered, so that it is preferably made of carbon steel of 0.80% by weight or less. .
本発明の効果を検証するために以下の実験を行った。
表lに示すように4種類の炭素鋼(SAE1045、SAE1055、SAE1060、SAE1070)について、熱間鍛造後放冷し、旋削加工により、図2に示すような駆動輪用の車輪支持用軸受装置のハブ輪2を作製した。ハブ輪2の主要寸法は、車輪取付用フランジ6の厚さt=10mm、ボルト用穴11(この例の場合、内周タップ切り)としてのねじ穴径φ14mmである。
In order to verify the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
As shown in Table 1, four types of carbon steel (SAE1045, SAE1055, SAE1060, SAE1070) were cooled after hot forging and turned to provide a wheel support bearing device for a drive wheel as shown in FIG. A
なお、焼入れ焼戻し層20は、図4〜図7に示す熱処理パターン1〜4とし、それぞれ硬さ及びボルト用穴11径に対する硬化範囲を変化させた。
熱処理パターン1はフランジ6のインボード側の側面に焼入れ焼戻し層20を形成した例、熱処理パターン2はフランジ6のアウトボード側の側面(ブレーキロータ21の取付面)に焼入れ焼戻し層20を形成した例、熱処理パターン3はフランジ6のインボード側及びアウトボード側の両側面に焼入れ焼戻し層20を形成した例、熱処理パターン4はハブ輪2の全域に焼入れ焼戻し層20を形成した例である。図8は熱処理パターン5で焼入れ焼戻し層20を付与しないものである。
In addition, the quenching and tempering
The
熱処理パターン1〜3は、旋削、タップ加工後、ボルト用穴11のPCD(ピッチ円直径)位置に円周形状のコイルを設置し、ハブ輪2を中心軸周りに回転させ、高周波焼入れ焼戻しを行った。焼入れ焼戻し層20の硬さはフランジ6の表面を測定し、深さはミクロ組織から判定した。
熱処理パターン4は、鍛造後840°Cに均一加熱し、焼割れを防止するため200°Cに加熱したソルトバス中に焼入れ、焼戻しを行い、その後、所定の形状に仕上げた。
For
The
試験品の品質について、フランジ6の硬さは、フランジ表面をロックウェル硬度計(Cスケール、150kg)で測定した。焼入れ焼戻し層20の深さは、フランジ断面を研磨腐食し、マトリックス中に炭化物が分散した調質組織となった領域の形状を測定した。 試験は、図2に示すハブ輪2のフランジ6にブレーキロータ21および車輪22をハブボルト10を介してトルク150N・mで締結した。その後、ハブボルト10を取りはずし、フランジ面の変形量をボルト用穴11のPCD位置に対して内側と外側±10mm位置で測定し(図3参照)、2点の平均値をフランジ変形量Zとした。試験結果を表1、図9、図10に示す。
Regarding the quality of the test product, the hardness of the
実施例A−1〜A−16は、ボルト用穴径φ14mmに対し、28mm以上の焼入れ焼戻し層20を付与し、熱処理パターンを変化させたもので、良好な結果が得られている。また、実施例B−1〜B−4は、ボルト用穴径φ14mmに対し、焼入れ焼戻し層20の硬化範囲を変化させたもので、焼入れ焼戻し層20の範囲(硬化範囲)/ボルト用穴径の値を好ましくは1.5以上、焼入れ焼戻し層20の硬さはHRC20〜64、好ましくはHRC20〜39とすることで、ハブ輪2の強度を低下させることなく、効果的にフランジ変形を低減させることが可能であることが判った。
一方、比較例D−1〜D−4は、焼入れ焼戻し層20を付与しておらず、硬さと共にフランジ変形が小さくなる傾向は得られるが、実施例に比べて変形量が大きかった。
In Examples A-1 to A-16, the quenching and tempering
On the other hand, Comparative Examples D-1 to D-4 did not provide the quenching and tempering
2 ハブ輪
3 内輪
4 外輪
5 転動体
6 車輪取付用フランジ
7 内輪軌道面(ハブ輪側)
9 内輪軌道面(内輪側)
10 ハブボルト
11 ボルト用穴
15 外輪軌道面
16 外輪軌道面
20 焼入れ焼戻し層
21 ブレーキロータ
22 車輪
2
9 Inner ring raceway surface (inner ring side)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記回転側とされる軌道輪が、前記フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなることを特徴とする車輪支持用軸受装置。 A hub ring having an inner ring raceway surface formed on the outer peripheral surface, an inner ring fitted on the end of the hub ring and having an inner ring raceway surface formed on the outer peripheral surface, the inner ring raceway surface of the hub ring and the inner ring An outer ring in which a double row outer ring raceway surface corresponding to the inner ring raceway surface is formed, and an inner ring raceway surface of the hub wheel and an inner ring raceway surface of the inner ring and a double row outer ring raceway surface are movably arranged. A plurality of rolling elements provided, and a flange formed on an outer peripheral surface of a raceway ring that is a rotation side of the hub wheel and the outer ring, and a braking rotator and a wheel are provided on a side surface of the flange. In the wheel support bearing device used in a state of being coupled and fixed via bolts or bolts and nuts,
The bearing device for supporting a wheel according to claim 1, wherein the raceway on the rotating side is made of steel provided with a quenching and tempering layer on at least one side surface of the flange.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004141474A JP2005319966A (en) | 2004-05-11 | 2004-05-11 | Bearing device for supporting wheel |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008013131A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Ntn Corp | Bearing device for wheel |
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2004
- 2004-05-11 JP JP2004141474A patent/JP2005319966A/en active Pending
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