專利名稱：輪支持滾動軸承單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將車輪可轉(zhuǎn)動地支持在車輛(汽車)懸架系統(tǒng)上的輪支持滾動軸承單元中的改進。
背景技術(shù)：
作為輪支持滾動軸承單元，例如JP-A-2001-221243提出了如圖10和11所示的結(jié)構(gòu)。以下首先說明圖10所示的第一示例的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成車輪的輪1通過輪支持滾動軸承單元2可轉(zhuǎn)動地支持在構(gòu)成懸架系統(tǒng)的軸3的端部上。更具體地，內(nèi)圈5、5裝配到固定于軸3端部的支撐軸4上，該內(nèi)圈作為構(gòu)成輪支持滾動軸承單元2的靜止側(cè)滾道圈(raceway ring)，然后利用螺母6固定內(nèi)圈5、5。同時，輪1通過多個雙頭螺栓8、8和螺母9、9配合/固定到輪轂7上，該輪轂作為構(gòu)成輪支持滾動軸承單元2的轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈。
分別用作轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面的雙列外圈滾道10a、10b形成在輪轂7的內(nèi)周面上，在該輪轂的外周面上形成裝配凸緣11。構(gòu)成制動系統(tǒng)的輪1和鼓12通過雙頭螺栓8、8和螺母9、9配合/固定到該裝配凸緣11的一個側(cè)面上(在第一示例中是外側(cè)面，圖10和11所示的左側(cè)面)。
滾珠14、14可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在外圈滾道10a、10b和內(nèi)圈滾道13、13之間，該內(nèi)圈滾道形成在內(nèi)圈5、5的外周面上，分別用作靜止側(cè)滾道面，對應(yīng)的內(nèi)外滾道和滾珠處于使?jié)L珠14、14分別保持在保持架15、15中的狀態(tài)。通過以這種方式互相組合對應(yīng)組成元件，構(gòu)成具有背對背布置的雙列角接觸滾珠軸承，從而可轉(zhuǎn)動地繞內(nèi)圈5、5支持輪轂7，從而承受徑向載荷和推力載荷。在這種情況下，在輪轂7兩端的內(nèi)周面和內(nèi)圈5、5端部的外周面之間設(shè)置密封環(huán)16a、16b，用以將其中設(shè)置滾珠14、14的空間與外部空間隔離。此外，用蓋17覆蓋輪轂7外端(此處，“軸向外側(cè)”指的是當(dāng)該輪轂裝配到車輛上時輪轂在寬度方向上的外側(cè)。類似地，“內(nèi)側(cè)”指的是中間部分上的輪轂在寬度方向上的內(nèi)側(cè))的開口部分。
如圖10所示，當(dāng)使用上述輪支持滾動軸承單元2時，其上裝配并固定內(nèi)圈5、5的支撐軸4被固定到軸3上，其上固定輪胎(未示出)的輪1和鼓12也固定到輪轂7的裝配凸緣11上。此外，通過將鼓12、輪缸和支持在固定于軸3端部的背板18上的制動蹄(shoe，未示出)組裝在一起，構(gòu)成制動鼓剎。制動時，設(shè)置在鼓12的內(nèi)徑側(cè)上的一對制動蹄被推向鼓12的內(nèi)周面。
接下來，描述圖11所示現(xiàn)有技術(shù)的第二示例的結(jié)構(gòu)。在這種輪支持滾動軸承單元2a中，作為轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的輪轂7a被多個滾珠14、14支持在作為靜止側(cè)滾道圈的外圈19的內(nèi)徑側(cè)上。所以，作為靜止側(cè)滾道面的雙列外圈滾道10a、10b分別設(shè)置在外圈19的內(nèi)周面上，作為轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面的第一和第二內(nèi)圈滾道20、21分別設(shè)置在輪轂7a的外周面上。
該輪轂7a通過組合輪轂主體22和內(nèi)圈23而構(gòu)成，其中輪轂主體22作為主軸元件。用以支持輪的裝配凸緣11a設(shè)置到輪轂主體22的外周面的外端部上，第一內(nèi)圈滾道20設(shè)置到輪轂主體22的中間部分上，此外小直徑階梯部分24形成到靠近內(nèi)端的輪轂主體22中間部分上，其中，該小直徑階梯部分24的直徑小于第一內(nèi)圈滾道20形成于其中的那一部分的直徑。然后，將內(nèi)圈23裝配到小直徑階梯部分24上，其中，具有圓弧剖面形狀的第二內(nèi)圈滾道21設(shè)置到該內(nèi)圈23的外周面上。此外，內(nèi)圈23的內(nèi)端面被填塞部分(caulking portion)25施壓，該填塞部分25通過使輪轂主體22的內(nèi)端面沿徑向向外變形形成。從而使內(nèi)圈23固定到輪轂主體22上。進一步地，密封環(huán)16c、16d分別設(shè)置在位于一端部上的外圈19內(nèi)周面和輪轂7a中間部分的外周面之間以及位于另一端部上的外圈19內(nèi)周面和內(nèi)圈23的內(nèi)端部的外周面之間。所以，其中設(shè)置滾珠14、14的空間與外圈19的內(nèi)周面和輪轂7a的外周面之間的外部空間隔離開。
在如圖11所示的輪支持滾動軸承單元2a的情況下，由于第一內(nèi)圈滾道20直接形成在輪轂主體22的中間部分的外周面上，所以能夠提高剛度。換言之，設(shè)置在輪支持滾動軸承單元的中間部分中的第一內(nèi)圈滾道可以形成在作為輪轂主體的一個單獨部分的內(nèi)圈的外周面上，然后將該內(nèi)圈裝配/固定到輪轂主體上。在這種情況下，如圖11所示，除非內(nèi)圈裝配到輪轂主體內(nèi)的余量(inference)增加，否則剛度下降，這不同于第一內(nèi)圈滾道20直接形成在輪轂主體22的中間部分的外周面上的情況。將內(nèi)圈作為單獨部分從輪轂主體的內(nèi)端部裝配到中間部分并且同時保持較大的余量是很麻煩的。相比之下，如圖11所示，通過使用第一內(nèi)圈滾道20直接形成在輪轂主體22的中間部分的外周面上的結(jié)構(gòu)，可以不麻煩地構(gòu)造出具有較高剛度的輪支持滾動軸承單元2a。
在上述JP-A-2001-221243提出的輪支持滾動軸承單元2(或2a)的情況下，不可避免的是，由于存在用于關(guān)閉其中設(shè)置有滾珠14、14的內(nèi)部空間的兩端上的開口部分的密封環(huán)16a、16b(或16c、16d)，故轉(zhuǎn)動輪轂7(或7a)所需要的扭矩(輪支持滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)阻力)增大。結(jié)果，由于裝有該輪支持滾動軸承單元的車輛的行駛性能(running performance)、主要是加速性能和耗油性能變差，因此考慮到近來的節(jié)能趨勢，希望能夠改進行駛性能。JP-A-8-319379公開了一種用來減小密封元件和對應(yīng)元件(counter member)的滑動部分之間的滑動阻力的技術(shù)，其通過將浸潤有潤滑劑的塑性精細(xì)顆?；烊霕?gòu)成密封元件的橡膠成分中減小滑動阻力。但是，JP-A-8-319379并沒有給出通過將上述橡膠成分應(yīng)用到輪支持滾動軸承單元中而得到作為整體的高性能結(jié)構(gòu)的描述。
此外，對于通過減小密封環(huán)形成部分的阻力來減小滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩的結(jié)構(gòu)，在例如JP-A-10-252762提出的現(xiàn)有技術(shù)中，提出一種密封唇的余量的改進。
在輪支持滾動軸承單元作為本發(fā)明主題的情況下，即使應(yīng)該減小運轉(zhuǎn)扭矩，但是仍然需要一種能夠保持輪支持剛度以確?？煽匦酝瑫r還能夠防止外來物進入滾動軸承單元的內(nèi)部空間來確保滾動軸承的單元的耐用性的結(jié)構(gòu)。換言之，必須通過提高滾動軸承單元的剛度來確保支持剛度，以確?？煽匦?，不過，如果增加施加到相應(yīng)滾動元件上的預(yù)載荷以提高剛度，則相應(yīng)滾動元件的滾動阻力也增加，從而不會降低運轉(zhuǎn)扭矩。此外，在僅考慮到降低密封環(huán)的滑動阻力的情況下，不能充分地防止外來物進入滾動軸承單元的內(nèi)部空間，因此不能充分地確保耐用性。
考慮到上述情況作出根據(jù)本發(fā)明的輪支持滾動軸承單元，并用于實現(xiàn)一種具有高剛度、優(yōu)良耐用性和低運轉(zhuǎn)扭矩的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的輪支持滾動軸承單元包括靜止側(cè)滾道圈、轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈、多個滾珠和密封環(huán)，這與上述現(xiàn)有技術(shù)中已知的輪支持滾動軸承相同。
在使用中該靜止側(cè)滾道圈被支持/固定在懸架系統(tǒng)上。
在使用中該轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈支持/固定在輪上。
多個滾珠設(shè)置在靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈之間，各個滾珠具有圓弧剖面形狀，并且位于靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的彼此相對周面之間。
一對密封環(huán)密封位于在靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的彼此相對周面之間的空間的兩端部上的開口部分，在該空間內(nèi)設(shè)置所述滾珠。
靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈中沿徑向位于內(nèi)部的滾道圈由主軸元件和內(nèi)圈構(gòu)成。該主軸元件具有沿著軸向直接形成在外周面的中間部分內(nèi)的第一內(nèi)圈滾道，其用作靜止側(cè)滾道面或轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面，該主軸元件還具有沿著軸向形成在外周面的一個端部上的小直徑階梯部分。此外，一外周面上的內(nèi)圈裝配/固定到該小直徑階梯部分上，作為所述靜止側(cè)滾道面或轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面的第二內(nèi)圈由所述外周面形成。
此外，該對密封環(huán)具有分別由彈性材料形成的兩個或三個密封唇以及各個密封唇頂端邊緣與對應(yīng)表面滑動接觸。
具體地，在本發(fā)明的輪支持滾動軸承單元中，將用于在滾珠上施加預(yù)載荷的軸向載荷設(shè)定為1.96-4.9kN。
此外，將剛度系數(shù)設(shè)定為0.09或更大。
此外，在兩個密封環(huán)中，將基于為兩個密封環(huán)設(shè)置的密封唇和對應(yīng)表面之間的摩擦使靜止側(cè)滾道圈相對轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈以200min-1轉(zhuǎn)動所需的扭矩設(shè)定成總量為0.06到0.4N·m。
此外，將基于各滾珠的滾動阻力使靜止側(cè)滾道圈相對轉(zhuǎn)動側(cè)滾動圈以200min-1(200RPM)轉(zhuǎn)動所需的扭矩設(shè)定為0.15到0.45N·m。
在本說明書中提出的剛度系數(shù)指的是輪支持滾動軸承單元的剛度R[kN·m/deg]相對該輪支持滾動軸承單元的徑向動態(tài)額定載荷Cr[N]的比值(R/Cr)。在這種情況下，當(dāng)動量載荷在構(gòu)成輪支持滾動軸承單元的靜止側(cè)滾道圈固定的前提下作用到轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈上時，該剛度R由兩個滾道圈之間的傾斜角度指代。例如，該剛度如圖12所示地測出。在這種情況下，圖12示出測量如上圖11所示的輪支持滾動軸承單元2a的剛度的條件。
在該測量操作中，作為靜止側(cè)滾道圈的外圈19緊固到固定座26的上表面上，杠桿板27的基端部(圖12的左端部)配合/固定到作為轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的輪轂7a的裝配凸緣11a上。然后，將載荷施加到距離輪轂7a的轉(zhuǎn)動中心L的部分上，該距離對應(yīng)于輪胎的轉(zhuǎn)動半徑，該載荷例如作用在杠桿板27的上表面上，從而通過該杠桿板27在輪轂7a上施加1.5kN·m的動量載荷。由于輪轂7a基于該動量載荷相對外圈19傾斜，將該傾斜角度作為裝配凸緣11a的卡裝面29相對固定座26的上表面28的傾斜角度[deg]加以測量。然后，通過用該傾斜角度除動量載荷(1.5kN·m)得到剛度R[kN·m/deg]。然后，用輪支持滾動軸承單元2a的徑向動態(tài)額定載荷Cr[N]除所述剛度R，從而得到所述剛度系數(shù)。
在如上構(gòu)造的本發(fā)明輪支持滾動軸承單元的情況下，可以明顯地減小運轉(zhuǎn)扭矩，同時確保必須的剛度和耐用性。
首先，由于用于為滾珠施加預(yù)載荷的軸向載荷被調(diào)整到1.96到4.9kN的范圍內(nèi)，因此可以充分減小運轉(zhuǎn)扭矩，同時確保剛度和耐用性。如果該軸向載荷低于1.96kN，則預(yù)載荷不夠，隨之輪支持滾動軸承單元的剛度變得不夠。從而，包括該輪支持滾動軸承單元的車輛的可控性變差。
相比之下，如果軸向載荷超過4.9kN，則預(yù)載荷過大(滾動接觸部分的接觸壓力過量地增大)，隨之輪支持滾動軸承單元的滾動阻力(運轉(zhuǎn)扭矩)過量地增大。然后，滾動接觸部分處的熱量值變得過大，并且輪支持滾動軸承單元內(nèi)的溫度顯著上升。所以，密封在軸承單元內(nèi)的油脂易于快速劣化。結(jié)果，輪支持滾動軸承單元的耐用性降低。此外，作為滾動接觸部分的接觸壓力過量增加的結(jié)果，靜止側(cè)滾道圈、轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈和滾珠的滾動接觸面的滾動疲勞周期縮短，從而降低了輪支持滾動軸承單元的耐用性。
相比之下，在本發(fā)明的情況下，由于用于為滾珠施加預(yù)載荷的軸向載荷被調(diào)整在1.96到4.9kN的范圍內(nèi)，因此可以充分地減小運轉(zhuǎn)扭矩，同時確保剛度和耐用性。
此外，由于剛度系數(shù)被設(shè)定在0.09或更大，可以確保包括該輪支持滾動軸承單元的車輛的可控性，同時保持該輪支持滾動軸承單元的剛度。反之，如果剛度系數(shù)小于0.09，則可控性變差。
在此，由于優(yōu)選地從確?？煽匦缘慕嵌瓤紤]將剛度系數(shù)設(shè)定為較高，所以沒有具體限定上限值。如果需要滿足其它要求，則可以采用任何合適的高數(shù)值的剛度系數(shù)。同時，作為一種提高剛度系數(shù)的常規(guī)手段，應(yīng)該增大所述預(yù)載荷的值，或者增大滾珠的間隙直徑(pitch diameter)或沿著軸向設(shè)置在雙列滾珠之間的間隙。
在這種情況下，如上所述，預(yù)載荷的增加有一個極限值。此外，從減小尺寸和重量的角度出發(fā)，間隙直徑和軸向間隙的增加有極限值。所以，當(dāng)該輪支持滾動軸承單元由常規(guī)鋼鐵材料制成時(外圈和輪轂由S53C制成，而內(nèi)圈和滾珠由SUJ2制成)，剛度系數(shù)的上限變?yōu)榧s0.18。在這種情況下，當(dāng)輪支持滾動軸承單元的部分(例如滾珠)或全部組成元件由陶瓷制成時，除非預(yù)載荷和間隙直徑和軸向間隙增加，否則剛度系數(shù)增加。所以，在這種情況下，剛度系數(shù)可以增加到超過0.18。
此外，由于基于分別為兩個密封環(huán)設(shè)置的多個密封唇和對應(yīng)表面之間的摩擦以200min-1相對轉(zhuǎn)動靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈所需的扭矩被設(shè)定在0.06到0.4N·m之間，所以可以明顯地降低運轉(zhuǎn)扭矩，同時確保該輪支持滾動軸承單元的耐用性。
即，作為本發(fā)明人的實驗結(jié)果，應(yīng)該理解，在密封唇數(shù)目設(shè)置在二個到三個的范圍內(nèi)，可以基于兩個密封環(huán)的運轉(zhuǎn)阻力的大小總量決定密封性能的可靠性，而無需考慮密封環(huán)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，從確保具有小運轉(zhuǎn)阻力的密封環(huán)的密封性能的方面考慮，將一對密封環(huán)之間的運轉(zhuǎn)阻力之差變小是很重要的。從該角度出發(fā)，對于具有小運轉(zhuǎn)阻力的密封環(huán)而言，必須確保運轉(zhuǎn)阻力為0.03N·m或更大。此外，還應(yīng)該理解，如果將具有小運轉(zhuǎn)阻力的密封環(huán)的運轉(zhuǎn)阻力設(shè)定為0.03N·m或更大并且將一對密封環(huán)的總運轉(zhuǎn)阻力設(shè)定為0.06N·m或更大，則可以得到所需的密封性能。
在本發(fā)明的輪支持滾動軸承單元的情況下，由于可以確保0.06N·m或更大的扭矩，因此可以通過足夠地保持構(gòu)成密封環(huán)密封唇的頂端和對應(yīng)表面之間的滑動接觸部分的接觸壓力來充分確保由密封環(huán)得到的密封性能。結(jié)果，通過有效地防止例如泥水等外來物進入輪支持滾動軸承單元內(nèi)部，可以確保該輪支持滾動軸承單元的耐用性。反之，如果密封唇的頂端和對應(yīng)表面之間的滑動接觸部分的接觸壓力將扭矩減小到小于0.06N·m，則防止外來物進入的功能變得不夠，并因此降低了輪支持滾動軸承單元的耐用性。
相比之下，如果扭矩超過0.4N·m，則難以將作為整體的輪支持滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩控制得足夠低(0.85N·m或更小)。
相反，在本發(fā)明的情況下，由于基于密封唇和對應(yīng)表面之間的摩擦以200min-1相對轉(zhuǎn)動靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈所需的扭矩被設(shè)定在0.06到0.4N·m之間，因此可以減小運轉(zhuǎn)扭矩，同時確保耐用性。
此外，由于基于滾珠的滾動阻力以200min-1相對轉(zhuǎn)動靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈所需的扭矩被設(shè)定在0.15到0.45N·m之間，可以將作為整體的輪支持滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩控制得足夠低(0.85N·m或更小)，同時確?？煽匦院湍陀眯?。
如果將扭矩減小到小于0.15N·m，則如上所述，預(yù)載荷必須很大程度地減小，并且輪支持滾動軸承單元的剛度不夠。所以，包括該輪支持滾動軸承單元的車輛的可控性變差。
相比之下，如果將扭矩增大到超過0.45N·m，則帶來預(yù)載荷的增大。所以，如上所述，由于滾動接觸部分處的熱量值上升而導(dǎo)致的油脂劣化和滾動疲勞周期的下降，輪支持滾動軸承單元的耐用性降低。此外，難以將作為整體的輪支持滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩控制得足夠低。
相比之下，在本發(fā)明的情況下，由于基于滾珠的滾動阻力以200min-1相對轉(zhuǎn)動靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈所需的扭矩被設(shè)定在0.15到0.45N·m之間，所以可以減小運轉(zhuǎn)扭矩，同時確?？煽匦院湍陀眯?。


圖1是示出作為本發(fā)明主題的結(jié)構(gòu)的第一示例的剖視圖；圖2是示出作為本發(fā)明主題的結(jié)構(gòu)的第二示例的剖視圖；圖3是示出作為本發(fā)明主題的結(jié)構(gòu)的第三示例的剖視圖；圖4是示出可用于本發(fā)明的密封環(huán)具體結(jié)構(gòu)的第一示例的局部剖視圖；圖5是示出可用于本發(fā)明的密封環(huán)具體結(jié)構(gòu)的第二示例的局部剖視圖；圖6是示出可用于本發(fā)明的密封環(huán)具體結(jié)構(gòu)的第三示例的局部剖視圖；圖7是示出可用于本發(fā)明的密封環(huán)具體結(jié)構(gòu)的第四示例的局部剖視圖；圖8是示出可用于本發(fā)明的密封環(huán)具體結(jié)構(gòu)的第五示例的局部剖視圖；圖9是示出能夠減小滑動阻力的結(jié)構(gòu)的第一示例的局部剖視圖；圖10是示出現(xiàn)有技術(shù)的輪支持滾動軸承單元的第一示例的剖視圖，該單元處于其被裝配到懸架系統(tǒng)上的狀態(tài)；圖11是示出現(xiàn)有技術(shù)的輪支持滾動軸承單元的第二示例的剖視圖，該單元處于其被裝配到懸架系統(tǒng)上的狀態(tài)；以及圖12是示出測量輪支持滾動軸承單元剛度的條件的剖視圖。
具體實施例方式
首先，下文將描述作為本發(fā)明主題的輪支持滾動軸承單元的結(jié)構(gòu)的三個示例。在這種情況下，本發(fā)明具有如上述圖10和11所示的結(jié)構(gòu)，下文描述的第一和第二示例示出了將本發(fā)明應(yīng)用于用以可轉(zhuǎn)動地支持驅(qū)動輪(FR汽車的后輪，F(xiàn)F汽車的前輪，4WD汽車的所有輪)的情況。當(dāng)輪支持滾動軸承單元被用于驅(qū)動輪時，本發(fā)明的重要性更加明顯。其理由在于，在輪支持滾動軸承單元用于圖10和11所示的從動輪(FR汽車的前輪，F(xiàn)F汽車的后輪)的情況下，通過利用蓋17密封位于外徑側(cè)上的滾道圈(圖10中的輪轂7，圖11中的外圈19)的一端上的開口，可以省略一端側(cè)上的密封環(huán)(16a、16d)，因此能夠僅僅設(shè)置一個產(chǎn)生滑動阻力的密封環(huán)，不過，在用于驅(qū)動輪的輪支持滾動軸承單元的情況下，需要兩個密封環(huán)。
首先，與圖11所示上述結(jié)構(gòu)類似，圖1所示第一示例通過多個滾珠14、14將作為轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的輪轂7b支持在作為靜止側(cè)滾道圈的外圈19的內(nèi)徑側(cè)上。在作為構(gòu)成輪轂7b的主軸元件的輪轂主體22的中心部分形成鍵孔30，附裝到恒速接頭(constant velocity joint)上的鍵軸(未示出)插入該鍵孔。此外，通過利用填塞部分25對內(nèi)圈23的內(nèi)端部分施壓，將該內(nèi)圈23固定到輪轂主體22a上，從而構(gòu)成輪轂7b，其中，該內(nèi)圈裝配到形成于輪轂主體22a的內(nèi)端部分中的小直徑階梯部分24上，該填塞部分通過沿著徑向使輪轂主體22a的內(nèi)端部分向外彈性變形而形成。然后，通過在外圈19的一個端部上的內(nèi)周面和輪轂主體部分22a的中間部分的外周面之間以及在外圈19的另一個端部上的內(nèi)周面和內(nèi)圈23的內(nèi)端部的外周面之間分別設(shè)置密封環(huán)16c、16d，將在外圈19的內(nèi)周面和輪轂7b的外周面之間的空間與外部空間隔開，在該空間內(nèi)設(shè)置滾珠14、14。
在本發(fā)明被應(yīng)用于這種結(jié)構(gòu)的情況下，通過調(diào)整用于操作形成在輪轂主體22a的內(nèi)端部上的填塞部分25的載荷，可以將向滾珠14、14施加預(yù)載荷的軸向載荷設(shè)定在1.96到4.9kN的范圍內(nèi)。然后，以200min-1轉(zhuǎn)動位于外圈19內(nèi)側(cè)上的輪轂7所需的扭矩(滾動阻力)被設(shè)定在0.15到0.45N·m的范圍內(nèi)。此外，剛度系數(shù)設(shè)定為0.09或更大。此外，兩個密封環(huán)16c、16d的總運轉(zhuǎn)阻力(扭矩)被調(diào)整在0.06到0.4N·m的范圍內(nèi)。從而，可以通過兩個密封環(huán)16c、16d防止例如泥水等外來物進入其中設(shè)置滾珠14、14的空間內(nèi)。其他部分的結(jié)構(gòu)與圖11所示的類似。
接下來，在圖2所示的第二示例的情況下，內(nèi)圈23的內(nèi)端面比輪轂主體22b的內(nèi)端面更加向內(nèi)突出，該內(nèi)圈23裝配在小直徑階梯部分24上，該階梯部分設(shè)置在作為主軸元件的輪轂主體22b的內(nèi)端部上，從而和輪轂主體部分22b一起構(gòu)成作為轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的輪轂7c。當(dāng)組裝到車輛上時，恒速接頭(未示出)的外端面靠近內(nèi)圈23的內(nèi)端面，以防止內(nèi)圈23從小直徑階梯部分24脫離。通過擰緊擰到鍵軸(未示出)外端部上的螺母而施加的扭矩，調(diào)整用于施加預(yù)載荷的軸向載荷。其他結(jié)構(gòu)和圖1所示第一示例的類似。
接下來，在圖3所示第三示例的情況下，示出了本發(fā)明應(yīng)用于以上如圖10所示的轉(zhuǎn)動地支持從動輪的輪支持滾動軸承單元的情況。在圖10所示的上述結(jié)構(gòu)中，一對內(nèi)圈5、5通過擰到支撐軸4a的外端部上的螺母固定。相比之下，在本實施例中，第一內(nèi)圈滾道圈20直接形成在作為主軸元件的支撐軸4a的中間部分上，此外通過用填塞部分25對內(nèi)圈5的外端面施壓來固定內(nèi)圈5，所述填塞部分通過使支撐軸4a的外端面沿著徑向向外彈性變形而形成。在加工該填塞部分25時施加的載荷調(diào)整用于施加預(yù)載荷的載荷。其他部分的結(jié)構(gòu)和操作與第一實施例和圖10所示的結(jié)構(gòu)相似。
接下來，參照圖4-8描述可應(yīng)用于本發(fā)明的密封環(huán)的具體結(jié)構(gòu)的五個示例。圖4-7所示的四個示例示出了可以分別在圖1至3所示輪支持滾動軸承單元的第一至第三示例和先前結(jié)合圖11解釋的結(jié)構(gòu)中用作內(nèi)密封環(huán)16b、16d的結(jié)構(gòu)。下面的說明將以本發(fā)明用于圖1和2中的結(jié)構(gòu)的情況為例。
首先，圖4所示的第一示例是一種組合式密封環(huán)，其中，裝配/固定到外圈19(圖1和圖2)的內(nèi)端部中的外徑側(cè)密封環(huán)31和裝配/固定到靠近內(nèi)圈23(圖1和圖2)內(nèi)端的一部分上的內(nèi)徑側(cè)密封環(huán)32彼此結(jié)合在一起。該密封環(huán)總共有三個密封唇，即兩個位于內(nèi)徑側(cè)上，一個位于外徑側(cè)上。
接下來，圖5所示的第二示例是一種組合式密封環(huán)，其中，裝配/固定到外圈19(圖1和圖2)的內(nèi)端部上的密封環(huán)33和裝配/固定到位于內(nèi)圈23(圖1和圖2)的內(nèi)端附近的部分上的套環(huán)(slinger)34彼此組合到一起。該密封環(huán)33具有三個密封唇。
接下來，圖6所示的第三示例是一種組合式密封環(huán)，其中，與外圈19(圖1和圖2)的內(nèi)端部的內(nèi)周面配合的密封環(huán)35a和與內(nèi)圈23(圖1和圖2)內(nèi)端附近的一部分的外周面配合的密封環(huán)35b彼此組合在一起。在本示例的情況下，該密封環(huán)總共有三個密封唇，即兩個位于與外圈19側(cè)配合的密封環(huán)35a上，一個位于與內(nèi)圈23側(cè)配合的密封環(huán)35b上。
接下來，在圖7所示的密封環(huán)中，為密封環(huán)36設(shè)置的兩個密封唇的頂端邊緣與位于內(nèi)圈23(圖1和圖2)附近的一部分的外周面接觸，其中所述密封環(huán)36裝配到外圈19(圖1和圖2)的內(nèi)端部中。在這種情況下，圖7所示密封環(huán)36還可以用來阻擋位于其中設(shè)置有滾珠的空間的外端側(cè)上的開口部分。
接下來，圖8所示密封環(huán)37示出了一種能夠用作密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，該密封環(huán)設(shè)置在外圈19(圖1和圖2)的外端部或輪轂7的內(nèi)端部(圖3)的內(nèi)周面與輪轂主體22a(圖1)、22b(圖2)和支撐軸4a(圖3)的中間部分的外周面之間。在該密封環(huán)37中，為能夠裝配/固定到外圈19的外端部中的中心桿設(shè)置三個密封唇，這些密封唇的頂端邊緣與裝配凸緣11a(圖1至3)的內(nèi)側(cè)面接觸，或者與將該內(nèi)側(cè)面和輪轂主體22、22a的外周面連續(xù)地連接的曲面接觸。
通過將從圖4至8中選取的一對密封環(huán)裝配到構(gòu)成圖1至3所示的輪支持滾動軸承單元的外圈19(圖1和圖2)的外端部或輪轂7的內(nèi)端部(圖3)的內(nèi)周面和以下三種外周面之間，而密封其中設(shè)置滾珠14、14的空間的兩端部上的開口部分，所述三種外周面分別是輪轂主體22a(圖1)、22b(圖2)和支撐軸4a(圖3)的中間部分的外周面，內(nèi)圈23(圖1和圖2)的內(nèi)端部的外周面以及內(nèi)圈5的外端部(圖3)的外周面。然后，即使當(dāng)任何密封環(huán)彼此組合在一起時，例如可以通過后述的方法將兩個密封環(huán)的總運轉(zhuǎn)阻力調(diào)整在0.06到0.4N·m的范圍內(nèi)。此外，通過后述方法可以將具有低運轉(zhuǎn)阻力的密封環(huán)的運轉(zhuǎn)阻力降低，但保持在0.3N·m或更大。
針對這種情況，在下文中描述例如方法(1)至方法(4)，當(dāng)采用任何一種上述密封環(huán)時，這些方法用來減小在密封環(huán)和對應(yīng)元件之間實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動所需的扭矩。這些方法可以單獨使用或者結(jié)合使用。
(1)減小密封唇的厚度。
在這種情況下，密封唇的剛度被降低，然后密封唇頂端邊緣和對應(yīng)面之間的接觸部分的接觸壓力被降低，從而降低扭矩。
(2)在所述三個密封唇中，基本消除最靠近用于設(shè)置滾珠的內(nèi)部空間的密封唇的頂端邊緣的干涉。
在這種情況下，所涉及的密封唇和對應(yīng)面構(gòu)成迷宮密封。然后，相關(guān)密封唇的摩擦阻力變?yōu)?。
(3)由于密封唇由塑性材料構(gòu)成，使用摩擦阻力小于現(xiàn)在通常使用的丁腈橡膠的摩擦阻力的材料。
正如在上述專利文獻3(JP-A-8-319379)中提出的，對于在這種情況下可用的具有小摩擦阻力的彈性材料，可以使用通過將塑性精細(xì)顆?；烊霕?gòu)成密封元件的橡膠組分而形成的材料，所述塑性精細(xì)顆粒浸潤有潤滑劑。
(4)設(shè)計密封唇的剖面形狀。
對于在這種情況下可用的剖面形狀，可以考慮例如專利申請No.2002-71338公開的現(xiàn)有技術(shù)中的剖面形狀。如圖9所示，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，三個密封唇38a、38b和38c中的密封唇38b的厚度從基端部分向中間部分逐漸變小，然后從中間部分向頂端部分逐漸增大。此外，密封唇38b的厚度在靠近頂端的一部分為最大。此外，該形狀滿足下式0.80d1≤d2≤0.98d1以及0.1S2≤S1≤0.5S2其中，d1是密封唇38b的基端部分的厚度；d2是最小厚度部分的厚度，厚度在所述中間部分最??；S1是沿著軸向從基端部分向最小厚度部分延伸的一部分的截面積；S2是最小厚度部分向頂端邊緣延伸的一部分的面積。
(示例)接下來，在下文中解釋用以檢驗本發(fā)明優(yōu)點的實驗的結(jié)果。在實驗中，將從在圖4到圖8所示的五種密封環(huán)中選擇的一種密封環(huán)組裝到圖1或者圖3所示的輪支持滾動軸承單元中，隨后獲取兩個密封環(huán)的運轉(zhuǎn)阻力(密封扭矩)的總數(shù)值和密封性能之間的關(guān)系。通過調(diào)整密封環(huán)的干涉(彈性變形量)、密封唇的厚度、改變彈性材料和調(diào)整對應(yīng)面的接觸條件而調(diào)整密封扭矩。然后，分別針對上述五種密封環(huán)制造出六種密封扭矩在0.01到0.10N·m之間的密封環(huán)。然后，將各密封環(huán)裝入圖1至3所示的輪支持滾動軸承單元中，以便進行泥水進入測試。在該泥水進入測試中，在一個周期中，首先執(zhí)行使密封環(huán)和具有對應(yīng)面的元件相對轉(zhuǎn)動的步驟，并同時向設(shè)置密封環(huán)的區(qū)域以300cc/min的速度傾倒泥水，并將上述操作持續(xù)17個小時，然后通過停止轉(zhuǎn)動和停止傾倒泥水執(zhí)行對相應(yīng)區(qū)域干燥3小時的步驟。針對每種試樣重復(fù)執(zhí)行上述步驟20次。此外，通過注入粘度系數(shù)在10到14cst(10×10-6到14×10-6m2/s)的油脂，對輪支持滾動軸承單元進行潤滑。輪轂7(或7a)在20℃的環(huán)境下以200min-1的速度旋轉(zhuǎn)。
表1中列出在這些條件下進行實驗的結(jié)果。
表1

表1中，圓圈內(nèi)的數(shù)字表示分別對應(yīng)密封環(huán)的附圖號。例如，④表示圖4所示的密封環(huán)，⑧表示圖8所示的密封環(huán)，④+⑧表示圖4所示密封環(huán)和圖8所示密封環(huán)的組合。此外，標(biāo)記×表示大量泥水進入其中密封有油脂的內(nèi)部空間的情況，標(biāo)記△表示少量泥水進入其中密封有油脂的內(nèi)部空間的情況，標(biāo)記○表示沒有發(fā)現(xiàn)泥水進入的情況?；谏鲜鰧嶒灲Y(jié)果應(yīng)該理解，如果密封扭矩超過0.03N·m，所有密封環(huán)都可以防止泥水進入。
接下來，參照表2至5描述第二到第五實驗，通過將圖5所示密封環(huán)和圖9所示密封環(huán)裝入圖8所示的輪支持滾動軸承單元來執(zhí)行所述實驗，以了解密封扭矩(運轉(zhuǎn)阻力)、用于施加預(yù)載荷的軸向載荷、滾動阻力和剛度系數(shù)對可控性、整體滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩和耐用性的影響。表2至5中，標(biāo)記×表示在任何方面的實際應(yīng)用中都出現(xiàn)問題的情況，標(biāo)記△表示在任何方面的實際應(yīng)用中出現(xiàn)少許問題的情況，標(biāo)記○表示在任何方面都不出現(xiàn)問題的情況。其中，分別在相同的條件下將第二至第五實驗執(zhí)行三次。
首先，表2給出第二實驗的結(jié)果，執(zhí)行該實驗以便了解密封扭矩對整體滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩和耐用性的影響。該實驗在200min-1的轉(zhuǎn)動速度下執(zhí)行。
表2


通過表2的第二實驗的結(jié)果可以理解，如果密封扭矩在0.06到0.40N·m的范圍內(nèi)，在整體滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩和耐用性兩方面都可以得到令人滿意的性能。相比之下，如果密封扭矩在0.01N·m到0.03N·m的范圍內(nèi)，不能充分防止例如泥水等外來物進入其中設(shè)置滾珠14、14的內(nèi)部空間，因此，在確保耐用性方面出現(xiàn)問題。相比之下，如果密封扭矩在0.55N·m到0.70N·m的范圍內(nèi)，不能將整體滾動軸承單元的運轉(zhuǎn)扭矩控制得足夠低。在這種情況下，從表2給出其結(jié)果的第二實驗的結(jié)果來看，當(dāng)時密封扭矩是0.05N·m時，⑤+⑧的組合能夠得到良好的性能。從表1給出其結(jié)果的第二實驗結(jié)果來看，密封扭矩的下限是0.06N·m。
接下來，表3給出第三實驗的結(jié)果，執(zhí)行該實驗以便了解軸向載荷(預(yù)載荷)對滾動軸承單元的剛度和耐用性的影響。
表3

通過表3給出的第三實驗的結(jié)果可以理解，如果軸向載荷在1.96到4.90kN的范圍內(nèi)，可以在滾動軸承單元的可控性和耐用性兩方面得到令人滿意的性能。相比之下，如果軸向載荷在0.49kN到0.98kN的范圍內(nèi)，滾動軸承單元的剛度小，因此不能確保足夠的可控性。相比之下，如果軸向載荷設(shè)定在5.88kN到6.86kN的范圍內(nèi)，滾動阻力增加并降低了滾動軸承單元的耐用性。
接下來，表4給出第四實驗的結(jié)果，執(zhí)行該實驗以便了解滾動阻力對滾動軸承單元的剛度和耐用性的影響。在200min-1的轉(zhuǎn)動速度下執(zhí)行該實驗。
表4

通過表4給出的第四實驗的結(jié)果可以理解，如果滾動阻力在0.15到0.45N·m的范圍內(nèi)，可以在滾動軸承單元的可控性和耐用性兩方面得到令人滿意的性能。相比之下，如果滾動阻力設(shè)定為0.10N·m和0.12N·m，則滾動軸承單元的剛度低，因此不能確保足夠的可控性。相比之下，如果滾動阻力設(shè)定在0.55N·m和0.65N·m，將降低滾動軸承單元的耐用性。
此外，表5給出了第五實驗的結(jié)果，執(zhí)行該實驗以便了解剛度系數(shù)對滾動軸承單元剛度的影響。
表5

通過表5給出的第五實驗的結(jié)果可以了解，如果剛度系數(shù)為0.09或更大，在可控性方面能夠得到令人滿意的性能。相比之下，如果剛度系數(shù)為0.07和0.08，則滾動軸承單元的剛度低，因此不能確保足夠的可控性。在這種情況下，如上所述，在滿足其它要求的前提下，剛度系數(shù)越高越好。
接下來，表6給出第六實驗的結(jié)果，執(zhí)行該實驗以便了解密封扭矩和滾動軸承對滾動軸承單元整體的運轉(zhuǎn)扭矩的影響。在200min-1的轉(zhuǎn)動速度下執(zhí)行該實驗。
表6

表6中，標(biāo)記×表示運轉(zhuǎn)扭矩總體較大的情況，標(biāo)記△表示運轉(zhuǎn)扭矩稍大的情況，標(biāo)記○表示運轉(zhuǎn)扭矩較小的情況。從表6中顯然，分別將一對密封環(huán)的密封扭矩和滾動阻力控制在0.4N·m或更小和0.45N·m或更小，則本發(fā)明能夠?qū)⑦\轉(zhuǎn)扭矩整體地控制得低至0.85N·m或更小。
表7給出屬于本發(fā)明技術(shù)范圍的輪支持滾動軸承單元的規(guī)格的四個示例。
表7

表7中，滾珠直徑表示滾珠的直徑，PCD表示這些滾珠的滾珠序列的間<p>表1實驗1的處理條件及實驗結(jié)果

由這些結(jié)果明確知道，在含有鉻酸酐和磷酸兩者的酸性溶液中的處理，外觀變色，但在各自單一的酸性溶液中的處理，外觀也沒有問題，磷酸單獨處理時鉛溶出量少。
其次，進行在添加了氯化鈉的狀態(tài)下的去除鉛處理，評價了外觀的狀態(tài)和降低鉛溶出的效果(實驗2)。處理工序按堿腐蝕處理后在酸性溶液中處理的順序進行。外觀評價方法及降低鉛溶出的效果按照J(rèn)IS-S-3200-7(2000年)“水管道用器具-浸出性能試驗方法”分析了溶出的鉛濃度。表2匯總了處理條件、外觀的狀態(tài)及鉛溶出量。堿腐蝕的條件是使用氫氧化鈉50g/L+對硝基苯甲酸鈉1g/L的液體，統(tǒng)一以60℃、5分鐘的條件。
外觀的狀態(tài)，將變色嚴(yán)重在商品上存在很大問題的級別判定為×，將有變色在商品上存在問題的級別判定為△，將基本沒有變色在商品上沒有問題的級別判定為○，將不變色在商品上沒有問題的級別判定為◎。
權(quán)利要求
1.一種輪支持滾動軸承單元，包括在使用中支持/固定到懸架系統(tǒng)上的靜止側(cè)滾道圈；在使用中用于支持/固定輪的轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈；多個設(shè)置在靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈之間的滾珠，各個滾珠具有圓弧形截面形狀，并且位于靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的彼此相對的周面之間；以及一對密封環(huán)，所述密封環(huán)用于密封在靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈的彼此相對周面之間的空間的兩端部分上的開口部分，在該空間內(nèi)設(shè)置所述滾珠；其中，靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈中沿徑向位于內(nèi)部的滾道圈由主軸元件和內(nèi)圈構(gòu)成；該主軸元件具有沿軸向直接形成于外周面的中間部分上的第一內(nèi)圈滾道，和沿軸向形成于外周面的一端部上的小直徑階梯部分，所述第一內(nèi)圈滾道用作靜止側(cè)滾道面或轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面；并且，位于一外周面上的所述內(nèi)圈裝配/固定到所述小直徑階梯部分上，作為靜止側(cè)滾道面或轉(zhuǎn)動側(cè)滾道面的第二內(nèi)圈滾道由該外周面形成，所述一對密封環(huán)具有兩個或三個密封唇，其分別由彈性材料形成，并且各個密封唇的頂端邊緣與對應(yīng)面滑動接觸，其中將向滾珠施加預(yù)載荷的軸向載荷設(shè)定為1.96到4.9kN，將剛度系數(shù)設(shè)定為0.09或更大，基于所述為兩密封環(huán)設(shè)置的密封唇和對應(yīng)面之間的摩擦以200min-1的速度使靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈相對轉(zhuǎn)動所需的扭矩被設(shè)定為0.06到0.4N·m，和基于各滾珠的滾動阻力以200min-1的速度使靜止側(cè)滾道圈和轉(zhuǎn)動側(cè)滾道圈相對轉(zhuǎn)動所需的扭矩被設(shè)定為0.15到0.45N·m。
2.如權(quán)利要求1所述的輪支持滾動軸承單元，其中，所述內(nèi)圈在一個端面被填塞部分施壓，該填塞部分通過將所述主軸元件的一端部沿徑向向外彈性變形而形成。
全文摘要
一種用于支持輪的滾動軸承單元，其中安裝有滾珠(14，14)的空間的兩端的開口由密封環(huán)(16c，16d)封閉，各密封環(huán)具有兩個或者三個密封唇，將根據(jù)預(yù)載荷改變的滾動阻力限制在0.15到0.45N·m的范圍內(nèi)，并且基于密封唇及其對應(yīng)面之間的摩擦將密封環(huán)(16c，16d)總的運轉(zhuǎn)阻力限制在0.06到0.4N·m的范圍內(nèi)。
文檔編號F16C33/78GK1678837SQ0382099
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者坂本潤是 申請人:日本精工株式會社