CN101761552A - 滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明的一方式涉及的滚子轴承(5)具有：外圈(13)，其具有外圈滚道面(13b1、13b2)；内圈(12)，其具有与上述外圈滚道面对置的内圈滚道面(12b1、12b2)；多个圆筒滚子(141、142)，它们配置在外圈滚道面和内圈滚道面之间。外圈(13)在外圈滚道面(13b)具备与圆筒滚子(141、142)的轴向一端面点接触的外圈凸部(13a)，圆筒滚子(141、142)和外圈凸部(13a)的接触位置(Po)设定在圆筒滚子(141、142)的轴心(O1、O2)上。

Description

滚子轴承
技术领域
本发明涉及例如作为连续铸造装置的辊支承用途所使用的滚子轴承。
背景技术
一般，构成连续铸造装置的铸片输送路径的支承辊、导辊、夹紧辊等，被可支持从铸片接受的径向载荷和由辊的热膨胀带来的轴向载荷的滚动轴承支承。
作为对辊的固定侧端部进行支承的滚动轴承，以往利用自动调心滚子轴承的情况较多，但该自动调心滚子轴承，存在由于滚子的差动滑动而使滚道面偏磨损这样的问题。由此，近年来，代替自动调心滚子轴承而逐渐采用带调心圈的圆筒滚子轴承(例如，参照日本特开2001-208053号公报(图8))。
上述带调心圈的圆筒滚子轴承，具有：调心圈，其在内周具有凹状的球面并安装于轴承外壳；外圈，其在内周具有外圈滚道面且在外周具有凸状的球面，并将该外周安装于调心圈的内周；内圈，其在外周具有内圈滚道面，与辊轴的外周面嵌合；圆筒滚子，其可滚动地设置于外圈滚道面和内圈滚道面之间，圆筒滚子，利用设置于外圈滚道面的轴向两侧的外圈凸部和设置于内圈滚道面的轴向两侧的内圈凸部而被限制了轴向的移动。而且，由辊的热膨胀带来的轴向载荷，从内圈的轴向一方侧的内圈凸部经由圆筒滚子传递到外圈的轴向另一侧的外圈凸部，被轴承外壳承受。
辊的固定侧端部被附带调心圈的圆筒滚子轴承支承时，若因超低速旋转和高载荷导致产生润滑不良，则在承受轴向载荷的凸部中产生磨损和卡住之类的轴承损伤。尤其是凸部向径向延伸的平面，且是圆筒滚子的端面沿径向延伸的平面，凸部和圆筒滚子面接触时，润滑不良变得显著，容易产生轴承损伤。
发明内容
本发明鉴于这种情况而提出，其目的在于，提供一种能够有效抑制凸部的磨损和卡住的圆筒滚子。
本发明的一技术方案涉及的圆筒滚子，其特征在于，具有：第一滚道圈，其具有第一滚道面；第二滚道圈，其具有与上述第一滚道面对置的第二滚道面；多个滚子，其配置在上述第一滚道面和上述第二滚道面之间，上述第一滚道圈具有与上述滚子的轴向一端面点接触的第一凸部，上述滚子和上述第一凸部的接触位置设定在上述滚子的轴心上。
根据上述构成，能够有效抑制滚子轴承中的凸部的磨损和卡住。
附图说明
图1是表示应用了本发明的第一实施方式涉及的圆筒滚子轴承的连续铸造装置的要部的剖视图。
图2是该圆筒滚子轴承的剖视图。
图3是本发明的第二实施方式涉及的圆筒滚子轴承的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
此外，在本发明中，“点接触”包含例如平坦面和球面的接触那样，在接触面承受垂直方向的载荷时产生椭圆接触面那样的接触状态。
此外，在本发明中，例如能够形成为下述(a)所示的方式的滚子的端面、和下述(b)或者(c)所示的方式的第一、第二凸部的凸面的点接触。
(a)包含滚子的轴心的剖面的形状，是在滚子的轴心位置可微分的凸状的曲线(具有连续性的平滑的凸状的曲线；包括圆弧)，且是滚子的轴心位置中的切线方向相对于滚子的轴心方向垂直的端面(尤其，成为包含滚子的轴心的剖面的形状为在滚子的轴心位置附近与滚子的轴心线对称的曲线(包含圆弧)的端面)。
(b)滚子的轴心上与滚子的端面接触的部分是相对于滚子的轴心垂直的凸面。
(c)包含第一、第二滚道圈的轴心的剖面的形状是在滚子的轴心上与滚子的端面接触的部分可微分的凸状或者凹状的曲线(具有连续性的平滑的凸状或者凹状的曲线；包括圆弧)，且是该部分的切线方向相对于滚子的轴心方向垂直的凸面(尤其，是包含第一、第二滚道圈的轴心的剖面的形状，变成在与滚子的端面接触的部分的附近与滚子的轴心方向线对称的曲线(包括圆弧)的凸面)。
即，在本发明中，至少滚子的端面是如上述(a)那样的凸状的曲面(包括球面)即可。另外，成为上述(a)那样的凸状的曲面的部分，既可以是整个滚子的端面，也可以是包含滚子的轴心的局部的范围。
图1是表示应用了本发明的第一实施方式涉及的滚子轴承的连续铸造装置的成型用辊1的端部的剖视图。作为成型用辊1的固定侧端部的轴向一端部(右端部)1a通过附带调心圈的圆筒滚子轴承5可自由旋转地被支承，作为成型用辊1的自由侧端部的轴向另一端部(左端部)，通过未图示的带调心圈的圆筒滚子轴承等，可自由旋转、可沿轴向移动且可摇动地被支承。
该实施方式中的圆筒滚子轴承5是不具备保持器的全滚子型，具有：与辊1的端部1a的外周面嵌合的内圈12、与内圈12沿轴向相邻配置的挡圈11a、固定于轴承外壳15的调心圈17、在该调心圈17的内周面上可摇动地被支承的外圈13、在外圈13和内圈12之间配置成2列的多个圆筒滚子141、142。内圈12和挡圈11a利用定位环16进行轴向的定位。
图2是放大表示圆筒滚子轴承5的剖视图。此外，在关于圆筒滚子轴承5的以下的说明中，轴向外方(轴向外侧)是指从圆筒滚子轴承5的轴向中央位置朝向轴向两侧的方向，轴向内方(轴向内侧)是指从圆筒滚子轴承5的轴向两侧朝向轴向中央位置的方向。
在内圈12的外周形成有两列的内圈滚道面12b1、12b2，在内圈滚道面12b1的轴向一方(图2的左侧)的侧部，形成有向径向外方突出的内圈凸部12a。在内圈12的轴向另一方(图2的右侧)相邻地配置有挡圈11a，该挡圈11a的径向外端部比内圈滚道面12b2更向径向外方突出。
外圈13的内周形成有两列的外圈滚道面13b1、13b2，在该外圈滚道面13b1、13b2之间形成有向径向内方突出的外圈凸部13a。另外，在外圈13的外周形成有凸圆弧状的被引导面13c，该被引导面13c与形成于调心圈17的内周的凹圆弧状的引导面17a可滑动(摇动)地嵌合。在外圈13以及调心圈17的轴向中央部形成有滑脂孔18。滑脂孔18在外圈凸部13a的径向内端部开口。
圆筒滚子141配置在内圈滚道面12b1和外圈滚道面13b1之间，可在内圈滚道面12b1和外圈滚道面13b1上滚动。圆筒滚子141的轴向两端面141a形成为凸状的球面，向轴向外方呈圆弧状膨出。轴向两侧的端面141a的曲率半径相同，这些端面141a的曲率中心都位于圆筒滚子141的轴心(旋转中心)O1上。
圆筒滚子141的两端面141a的曲率中心分别如图2所示位于从该端面141a超过圆筒滚子141的轴向的中心的位置。换言之，各端面141a的球面的半径b11、b21形成为比圆筒滚子141的轴向长度的一半a11、a21(其中，a11＝a21)大。
圆筒滚子142配置在内圈滚道面12b2和外圈滚道面13b2之间，可在内圈滚道面12b2和外圈滚道面13b2上滚动。圆筒滚子142的轴向两端面142a形成为凸状的球面，向轴向外方呈圆弧状膨出。轴向两侧的端面142a的曲率半径相同，这些端面142a都位于圆筒滚子142的轴心(旋转中心)O2上。圆筒滚子142的两端面142a的曲率中心分别如图2所示位于从该端面142a超过圆筒滚子142的轴向长度的中心的位置。换言之，各端面142a的球面的半径b12、b22形成为比圆筒滚子142的轴向长度的一半a12、a22(其中，a12＝a22)大。圆筒滚子142形成为与圆筒滚子141相同的形状。
圆筒滚子141的轴向各端面141a与内圈凸部12a的轴向内侧面12a1以及外圈凸部13a的轴向外侧面13a1(以下，将这些称为凸面)接触。
具体来说，内圈凸部12a的凸面(内圈凸面)12a1以及外圈凸部13a的凸面(外圈凸面)13a1形成为与圆筒滚子141的轴心O1垂直的平坦面，分别在位置Pi1以及Po1处与圆筒滚子141经由接触椭圆点接触。此外各位置Pi1以及Po1分别设定成配置在圆筒滚子141的轴心O1上。另外，内圈凸部12a和外圈凸部13a分别比接触位置Pi1、Po1更向径向外方以及径向内方延伸。
圆筒滚子142的轴向各端面142a与挡圈11a的轴向内侧面11a1以及外圈凸部13a的轴向外侧面13a2(以下，将这些称为凸面)接触。具体来说，挡圈11a的凸面(凸部凸面)11a1以及外圈凸部13a的凸面(外圈凸面)13a2形成为与圆筒滚子142的轴心O2垂直的平坦面，分别在位置Pi2以及Po2处与圆筒滚子142经由接触椭圆点接触。此外各位置Pi2以及Po2分别设定成配置在圆筒滚子142的轴心O2上。另外，挡圈11a和外圈凸部13a分别比接触位置Pi2、Po2更向径向外方以及径向内方延伸。此外，从圆筒滚子142的轴心O2到内圈12以及外圈13的轴心的距离，与从圆筒滚子141的轴心O1到内圈12以及外圈13的轴心的距离相同。
在连续铸造装置的辊装置中，如果成型用辊1沿轴向热膨胀，则会向内圈12从成型用辊1沿箭头X所示的方向施加轴向载荷。该轴向载荷从内圈凸部12a经由圆筒滚子141向外圈凸部13a传导，并经由调心圈17被轴承外壳15(参照图1)承受。
内圈凸面12a1以及外圈凸面13a1，相对于圆筒滚子141在其轴心O1上的位置Pi1、Po1接触，所以该轴向载荷在圆筒滚子141的轴心O1上被传导。由此，很少会因该轴向载荷在圆筒滚子141产生倾斜，能够使圆筒滚子141的旋转稳定，同时还能够减少在凸面12a1、13a1和圆筒滚子141产生磨损。
另外，在连续铸造装置的辊装置中，如果成型用辊1沿轴向热收缩，则会向内圈12从成型用辊沿与箭头X相反的方向施加轴向载荷。该轴向载荷，从挡圈11a经由圆筒滚子142向外圈凸部13a传递，经由调心圈17被轴承外壳15承受。
挡圈凸面11a1以及外圈凸面13a2，相对于圆筒滚子142在其轴心O2上的位置Pi2、Po2接触，所以该轴向载荷在圆筒滚子142的轴心O2上传递。由此，很少会因该轴向载荷在圆筒滚子142产生倾斜，能够使圆筒滚子142的旋转稳定，同时还能够减少在凸面11a1、13a2和圆筒滚子142产生磨损。
另外，通常，承载轴向载荷的内圈凸面12a1以及外圈凸面13a1、和挡圈凸面11a1以及外圈凸面13a2的磨损和卡住(热粘)，受各凸面12a1、13a1、11a1、13a2与圆筒滚子141、142之间的表面压力(P)和两者的相对的滑动速度(V)的影响。因此，可以说如果降低该表面压力(P)和滑动速度(V)的乘积(以下，称为PV值)，就能够抑制凸面12a1、13a1、11a1、13a2的磨损和卡住。
本实施方式中，内圈凸面12a1以及外圈凸面13a1、以及内圈凸面11a1和外圈凸面13a2相对于圆筒滚子141、142的端面141a、142a在轴心O1、O2上的位置Pi1、Po1、Pi2、Po2接触，所以与在圆筒滚子141、142的端面141a、142a的外周侧接触的情况相比，能够缩小圆筒滚子141、142的自转导致的相对于凸面12a1、13a1、11a1、13a2的相对滑动速度(V)。由此，可以降低PV值，能够抑制凸面12a1、13a1、11a1、13a2的磨损和卡住。
另外，本发明的发明人，通过进行耐久试验等，得出了如下结论，即，连续铸造装置那样在超低速旋转下承受径向载荷以及轴向载荷的滚子轴承中，比起内圈凸面12a1和挡圈凸面11a1，外圈凸面13a1、13a2会在早期更容易产生磨损和卡住。由此，在本实施方式中，通过将外圈凸面13a1、13a2和圆筒滚子141、142的接触位置Po1、Po2设定在轴心O1、O2上，从而将该接触位置Po1、Po2比以往(例如，日本特开2001-208053号公报所记载的带调心圈的圆筒滚子轴承)配置得更靠外圈凸面13a1、13a2的内径侧，相对于外圈13的圆筒滚子141、142的公转带来的相对滑动速度也降低。由此，可以更有效地抑制外圈凸面13a1、13a2的磨损等。
以上，能够提高圆筒滚子轴承5的耐久性，使延长圆筒滚子轴承5的交换周期，降低维护成本变为可能。
此外，内圈凸面12a1和挡圈凸面11a1，与圆筒滚子141、142的接触位置Pi1、Pi2比以往处于更外径侧，所以圆筒滚子141、142的公转导致的相对滑动速度稍增大，但如上所述通过圆筒滚子141、142的自转导致的滑动速度降低，以及、与外圈凸面13a1、13a2相比不易产生磨损等，由此就减少了对圆筒滚子轴承5的耐久性带来的影响。
此外，内圈凸部12a、挡圈11a以及外圈凸部13a分别比接触位置Pi1、Pi2、Po1、Po2更向径向外方以及径向内方延伸，由此，能够抑制因内圈凸部12a、挡圈11a以及外圈凸部13a的前端边缘与圆筒滚子141、142的端面141a、142a接触而导致的边缘荷载的产生。
此外，在本实施方式中，也可以在外圈13的轴向两侧形成外圈凸部(一方也可以为挡圈)，在内圈12的轴向中央形成内圈凸部。
图3是本发明的第二实施方式涉及的圆筒滚子轴承5的剖视图。本实施方式的圆筒滚子轴承5形成为仅在轴向一方侧承受轴向载荷的构造。圆筒滚子轴承5的内圈12以及外圈13沿轴向具有一列的内圈滚道面12b以及外圈滚道面13b，在这些内圈滚道面12b以及外圈滚道面13b之间可滚动地配置有一列的圆筒滚子14。并且，在内圈滚道面12b的轴向一方侧(图3的左侧)形成有向径向外方突出的内圈凸部12a。另外，在外圈滚道面13b的轴向另一方侧(图3的右侧)形成有向径向内方突出的外圈凸部13a。在外圈13的轴向中央部形成有沿径向贯通的滑脂孔18，该滑脂孔18在外圈滚道面13b开口。
圆筒滚子14与第一实施方式的圆筒滚子141、142同样，两端面被形成为球面。圆筒滚子14的两端面14a的曲率中心分别位于从该端面14a超过了圆筒滚子14的轴向中心的位置。换言之，各端面14a的球面的半径b1、b2形成为大于圆筒滚子14的轴向长度的一半a1、a2(其中，a1＝a2)。
圆筒滚子14，其左端部与左侧的内圈凸部12a的右侧面(内圈凸面12a1)点接触，其右端部与外圈凸部13a的左侧面(外圈凸面13a1)点接触。此外，圆筒滚子14与内圈凸面12a1以及外圈凸面13a1的接触位置Pi、Po，都配置在圆筒滚子14的轴心O1上。因此，本实施方式也发挥与上述相同的效果。
本发明不限于上述各实施方式，而可以适当设计变更。
例如，可以将圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a做成球面以外的凸状的曲面。
可以使内圈凸部12a、挡圈11a以及外圈凸部13a的各凸面12a1、11a1、13a1、13a2为以内圈12和外圈13的轴心为中心的环状，将包含它们的轴心的所有的剖面的形状为凸状或凹状的曲线(包含圆弧)那样的曲面。
在将凸面12a1、11a1、13a1、13a2的剖面形状作成凹状的曲线时，将圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a形成为，在圆筒滚子141、142、14的轴心上，可与凸面12a1、11a1、13a1、13a2的凹状的曲面接触的形状。例如，在圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a为球面，且凸面12a1、11a1、13a1、13a2的剖面形状为凹状的圆弧时，必须使该球面的半径小于该圆弧的半径。
另外，与这样的凸面12a1、11a1、13a1、13a2点接触的圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a，可以作成上述实施方式这样的球面，或者作成球面以外的凸状的曲面。在任意的情况下，与圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a的凸面12a1、11a1、13a1、13a2点接触的部分，形成为其切线方向相对于圆筒滚子141、142、14的轴心垂直。
另外，凸面12a1、11a1、13a1、13a2的与圆筒滚子141、142、14的端面141a、142a、14a点接触的部分，也形成为其切线方向相对于圆筒滚子141、142、14的轴心垂直。
本发明也能够应用于仅内圈12和外圈13的一方设置了凸部的圆筒滚子轴承5。另外，本发明还能够应用于圆锥滚子轴承。本发明还能够应用于无调心圈的、圆筒滚子轴承、圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承。
另外，本发明的滚子轴承不限于连续铸造装置，还能够应用于其他用途。

Claims (10)

1.一种滚子轴承，具有：
第一滚道圈，其具有第一滚道面；
第二滚道圈，其具有与上述第一滚道面对置的第二滚道面；
多个滚子，它们在上述第一滚道面和上述第二滚道面之间可滚动地配置，
其特征在于，
上述第一滚道圈具有与上述滚子的轴向一端面点接触的第一凸部，
上述滚子和上述第一凸部的接触位置被设定于上述滚子的轴心上。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承，其特征在于，
上述第二滚道圈具有与上述滚子的轴向另一端面点接触的第二凸部，
上述滚子和上述第二凸部的接触位置被设定于上述滚子的轴心上。
3.根据权利要求1或2所述的滚子轴承，其特征在于，
上述滚子的轴向一端面，其包含上述滚子的轴心的剖面的形状是在轴心位置可微分的凸状的曲线，且上述轴心位置上的切线方向相对于轴心方向垂直。
4.根据权利要求3所述的滚子轴承，其特征在于，
上述第一凸部的在上述滚子的轴心上与上述滚子的一端面接触的部分是相对于上述滚子的轴心垂直的面。
5.根据权利要求3所述的滚子轴承，其特征在于，上述第一凸部的在上述滚子的轴心上与上述滚子的一端面接触的部分，在包含上述第一滚道圈的轴心的剖面中，为可微分的凸状或者凹状的曲线，且与上述滚子的一端面接触的部分的切线方向相对于滚子的轴心方向垂直。
6.根据权利要求3所述的滚子轴承，其特征在于，
上述滚子的轴向一端面是具有比滚子的轴心上的轴向长度的一半大的曲率半径的球面。
7.根据权利要求2所述的滚子轴承，其特征在于，
上述滚子的轴向另一端面，其包含上述滚子的轴心的剖面的形状是在轴心位置可微分的凸状的曲线，且上述轴心位置上的切线方向相对于轴心方向垂直。
8.根据权利要求7所述的滚子轴承，其特征在于，
上述第二凸部的在上述滚子的轴心上与上述滚子的另一端面接触的部分是相对于上述滚子的轴心垂直的面。
9.根据权利要求7所述的滚子轴承，其特征在于，上述第二凸部的在上述滚子的轴心上与上述滚子的另一端面接触的部分，在包含上述第二滚道圈的轴心的剖面中，是可微分的凸状或者凹状的曲线，且与上述滚子的另一端面接触的部分的切线方向相对于滚子的轴心方向垂直。
10.根据权利要求7所述的滚子轴承，其特征在于，
上述滚子的轴向另一端面是具有大于滚子的轴心上的轴向长度的一半的曲率半径的球面。
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