CN105370727A - 圆锥滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

圆锥滚子轴承具备：内圈；外圈；具有由凸曲面构成的大端面的多个圆锥滚子；及将多个圆锥滚子沿着周向隔开间隔地保持的环状的保持器。内圈具备大突缘部，该大突缘部具有与大端面接触的由凹曲面构成的突缘面。设大端面的曲率半径为Rr、内圈的纵截面的突缘面的曲率半径为Ri、从圆锥顶点到通过大端面与突缘面接触而得到的接触椭圆的中心为止的距离为R时，满足R>Ri>Rr。

Description

圆锥滚子轴承
在2014年8月11日提出的日本专利申请2014-163775的说明书、附图及摘要作为参照而包含于此。
技术领域
本发明涉及圆锥滚子轴承。
背景技术
如图7所示，圆锥滚子轴承90具备内圈91、外圈93、多个圆锥滚子95、环状的保持器96。内圈91具有锥形状的内圈滚道面92。外圈93具有锥形状的外圈滚道面94。圆锥滚子95在内圈滚道面92及外圈滚道面94上滚动。保持器96将这些圆锥滚子95沿着周向隔开间隔地进行保持。内圈91在大径侧具有向径向外侧突出的大突缘部97。该大突缘部97具有与圆锥滚子95的大端面98接触的环状的突缘面99。
当圆锥滚子轴承90旋转时，圆锥滚子95的大端面98与内圈91的突缘面99进行滑动接触。因此，为了减少上述大端面98与突缘面99之间的摩擦阻力(滑动摩擦阻力)，而将大端面98形成为具有规定的曲率半径的凸曲面，并将突缘面99形成为具有规定的曲率半径的凹曲面(例如，参照日本实开平5-75520号公报)。
在前述那样的圆锥滚子轴承90中，关于圆锥滚子95的大端面98的曲率半径及内圈91的突缘面99的曲率半径应如何设定，具体的方针并未明确。因此，利用大端面98及突缘面99各自的曲率半径的值，有时无法太期待减少摩擦阻力这样的效果。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种能够有效地减少在圆锥滚子的大端面与内圈的突缘面之间产生的摩擦阻力的圆锥滚子轴承。
本发明的一方案的圆锥滚子轴承的结构上的特征在于，具备：内圈，具有锥形状的内圈滚道面；外圈，具有锥形状的外圈滚道面；多个圆锥滚子，能够在所述内圈滚道面及所述外圈滚道面上滚动且具有由凸曲面构成的大端面；及环状的保持器，将所述多个圆锥滚子沿着周向隔开间隔地保持，所述内圈在该内圈的大径侧具备大突缘部，该大突缘部具有与所述大端面接触的由凹曲面构成的突缘面，设所述大端面的曲率半径为Rr、所述内圈的纵截面的所述突缘面的曲率半径为Ri、从圆锥顶点到通过所述大端面与所述突缘面接触而得到的接触椭圆的中心为止的距离为R时，满足R>Ri>Rr。
附图说明
图1是表示本发明的圆锥滚子轴承的一实施方式的纵剖视图。
图2是用于说明内圈的突缘面及圆锥滚子的大端面等的各形状的图。
图3是说明突缘面的形状的示意图。
图4是说明接触的凸曲面(大端面)与凹曲面(突缘面)的接触宽度的说明图，(A)是曲率半径的差小的情况的图，(B)是曲率半径的差大的情况的图。
图5是以往的圆锥滚子轴承的情况的接触椭圆的说明图。
图6是本实施方式的圆锥滚子轴承的情况的接触椭圆的说明图。
图7是以往的圆锥滚子轴承的纵剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的圆锥滚子轴承1的一实施方式的纵剖视图。圆锥滚子轴承1具备内圈2、外圈3、多个圆锥滚子4、环状的保持器10。外圈3的外周侧设置在与内圈2同心的位置。圆锥滚子4设置在上述内圈2与外圈3之间。保持器10将这些圆锥滚子4沿周向隔开间隔地保持。
内圈2是使用轴承钢或机械构造用钢等而形成的环状的构件，在其外周侧具有锥形状的(由圆锥面的一部分构成)内圈滚道面12。外圈3也与内圈2同样，是使用轴承钢或机械构造用钢等而形成的环状的构件，在其内周侧具有锥形状的(由圆锥面的一部分构成)外圈滚道面13。内圈滚道面12与外圈滚道面13相对。当圆锥滚子轴承1旋转时，圆锥滚子4在内圈滚道面12及外圈滚道面13上滚动。圆锥滚子4是使用轴承钢等形成的圆锥台形状的构件，在轴向一方侧具有直径大的大端面14，在轴向另一方侧具有直径小的小端面15。大端面14形成为凸曲面形状。
内圈2在其外周侧，在直径大的一侧即大径侧具有大突缘部7。大突缘部7与内圈滚道面12的轴向一端侧相邻且向径向外方突出设置。大突缘部7的内圈滚道面12侧的端面即突缘面8形成为凹曲面形状。大突缘部7为环状，因此突缘面8也成为环状的面。而且，内圈2在其外周侧，在直径小的一侧即小径侧具有小突缘部5。小突缘部5与内圈滚道面12的轴向另一端侧相邻且向径向外方突出设置。
并且，圆锥滚子4的大端面14能够与突缘面8接触，当圆锥滚子轴承1旋转时，突缘面8与大端面14进行滑动接触。大端面14由凸曲面构成，突缘面8由凹曲面构成，因此当它们接触(滑动接触)时，其接触面(滑动接触面)成为椭圆。即，在大端面14与突缘面8之间形成接触椭圆M(参照图2)。而且，向圆锥滚子轴承1供给润滑油(包括润滑脂)。当圆锥滚子轴承1旋转时(例如内圈2旋转时)，润滑油沿着环状的突缘面8在周向上流动。
图2是用于说明内圈2的突缘面8及圆锥滚子4的大端面14等的各形状的图。需要说明的是，图2是在内圈2的纵截面上重叠记载了圆锥滚子4(作为截面)的模型图。而且，在图2中，为了便于说明而将各部的形状变形。实际上圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8接触，但是为了便于说明，将上述大端面14与突缘面8分离记载。内圈2的纵截面是包含内圈2的中心线L0的截面。
大端面14由球面的一部分构成，将该大端面14的曲率半径定义为“Rr”。因此，与内圈2的纵截面相同的截面上表示的圆锥滚子4的纵截面(图2)中的大端面14的曲率半径为“Rr”。并且，与该纵截面(图2)正交且通过圆锥滚子4的中心线L2的截面中的大端面14的曲率半径也为“Rr”。
而且，将内圈2的纵截面(图2)中的突缘面8的曲率半径定义为“Ri”。图3是说明突缘面8的形状的示意图。如前所述，内圈2的纵截面(图2)中的突缘面8的曲率半径为“Ri”。然而，如图3所示，从与连结圆锥顶点C和接触椭圆M的中心Cm的假想直线L3正交的方向、且为从径向外侧朝向内侧的方向(箭头V1方向：以下，也称为假想径向)观察突缘面8时，该突缘面8的曲率半径为“R”。即，突缘面8根据观察方向的不同而具有2个曲率半径“Ri”和“R”。
而且，在图2中，从圆锥顶点C到通过大端面14与突缘面8接触而得到的接触椭圆M的中心Cm为止的距离定义为“R”。需要说明的是，所述圆锥顶点C是圆锥滚子4的圆锥顶点，是指圆锥滚子4具有的圆锥形状的侧面的顶点。而且，圆锥顶点C也是内圈2的纵截面上的内圈滚道面12的延长线L1与内圈2的中心线L0的交点。而且，圆锥顶点C、大端面14的中心Cr、突缘面8的中心Ci分别存在于不同的位置。中心Cr位于圆锥滚子4的中心线L2的延长线上。
并且，在该圆锥滚子轴承1中，满足R>Ri>Rr。由此，如以下说明所述，通过圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8接触而得到的接触椭圆M的形状如图6所示，成为在内圈2的周向上小且在与该周向正交的方向(周向的正交方向)上大的椭圆。
以下，说明“R>Ri>Rr”与接触椭圆M的形状之间的关系。
如上述那样，由于圆锥滚子4的大端面14是球面的一部分，因此内圈2的纵截面(参照图2)的大端面14的曲率半径为“Rr”。与该纵截面正交且通过圆锥滚子4的中心线L2的截面中的大端面14的曲率半径也为“Rr”。相对于此，内圈2的纵截面(参照图2)中的大突缘部7的突缘面8的曲率半径为“Ri”。然而，从与连结圆锥顶点C和接触椭圆M的中心Cm的假想直线L3正交的方向、且为从径向外侧朝向内侧的方向(箭头V1方向)观察内圈2的突缘面8时，该突缘面8的曲率半径为“R”(参照图3)。
在此，圆锥滚子4的由凸曲面构成的大端面14与内圈2的由凹曲面构成的突缘面8的接触方式如图4(A)(B)所示，利用一般化的凸曲面F和凹曲面f而列举简单的例子进行说明。
如图4(A)所示，凸曲面F的曲率半径为Rr，凹曲面f的曲率半径为Ri。在图4(A)中，凸曲面F的曲率半径Rr例如作为值而为“1000”，凹曲面f的曲率半径Ri例如作为值而为“1003”的情况下，上述曲率半径Rr、Ri之差δ1成为(1003-1000)＝“3”。而且，如图4(B)所示，凸曲面F的曲率半径是与图4(A)相同的Rr，但凹曲面f的曲率半径为(比所述Ri大的)R。在该图4(B)中，凸曲面F的曲率半径Rr为“1000”，凹曲面f的曲率半径R例如作为值而为“1005”的情况下，上述曲率半径Rr、R之差δ2成为(1005-1000)＝“5”。
如图4(A)所示的情况那样，曲率半径Rr与曲率半径Ri之差δ1(＝3)(比图4(B)的情况的曲率半径之差δ2(＝5))小时，凸曲面F与凹曲面f之间的接触宽度(接触长度)B(比图4(B)的情况)变大。相对于此，如图4(B)所示的情况那样，当曲率半径之差δ2(＝5)(比图4(A)的情况的曲率半径之差δ2(＝3))大时，凸曲面F与凹曲面f之间的接触宽度(接触长度)b(比图4(A)的情况)小(b<B)。即，在曲率半径不同的凸曲面F与凹曲面f接触的情况下，若两者的曲率半径之差小(图4(A))，则两者间的接触宽度B比较大(变宽)，与之相反，若两者的曲率半径之差大(图4(B))，则两者间的接触宽度b比较小(变窄)。需要说明的是，在凸曲面F与凹曲面f之间曲率半径之差越小，接触宽度(B)越增加，在凸曲面F与凹曲面f之间曲率半径之差越大，接触宽度(b)越减少。
根据该一般化的情况的说明，对本实施方式进行说明时，如前所述，在本实施方式(参照图2)中，成为R>Ri>Rr的关系。即，从圆锥顶点C到接触椭圆M的中心Cm的距离(曲率半径)“R”、及突缘面8的曲率半径“Ri”分别大于圆锥滚子4的大端面14的曲率半径“Rr”(R>Rr，Ri>Rr)，而且，所述“R”大于所述“Ri”(R>Ri)。因此，将图4(A)及(B)所示的方式适用于本实施方式时，图4(A)所示的图相当于内圈2的纵剖视图(图2)，图4(B)所示的图相当于从所述假想径向(图2及图3的箭头V1方向)观察到的情况的剖视图。
由此，在内圈2的纵截面(图4(A))中出现的接触椭圆M的宽度尺寸(B)大于从所述假想径向观察的情况的截面(图4(B))中出现的接触椭圆M的宽度尺寸(b)。即，通过圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8接触而得到的接触椭圆M的形状如图6所示，成为在内圈2的周向上小且在与该周向正交的方向上大的椭圆。即，在内圈2的突缘面8与圆锥滚子4的大端面14之间形成有与内圈2的周向相比在周向的正交方向上长的接触椭圆M，接触椭圆M的椭圆率(B/b)大于1(椭圆率>1)。
此外，对以往使用的圆锥滚子轴承的接触椭圆进行说明。在内圈的纵截面中，如所述日本实开平5-75520号公报公开那样，提出了内圈的突缘面为凹曲面的结构。然而，在当前市售的圆锥滚子轴承中，内圈的突缘面通常不是凹曲面而是平面。这种情况下，内圈的突缘面的曲率半径Ri(参照图2)可以说是无限大。因此，参考图4进行说明时，曲率半径Ri无限大地增大，成为Rr<Ri，R<Ri，因此成为B<b，其结果是，接触椭圆M的形状如图5所示成为在内圈的周向上长且在周向的正交方向上短的椭圆。即，接触椭圆的M的椭圆率比1小(椭圆率<1)。
相对于此，如前所述，在本实施方式中，通过圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8接触而得到的接触椭圆M的形状成为在内圈2的周向上小且在与该周向正交的方向上大的椭圆(参照图6)。而且，如前所述，当圆锥滚子轴承1旋转时，突缘面8的润滑油的流动方向成为内圈2的周向，因此根据本实施方式的接触椭圆M的所述形状(参照图6)，在突缘面8上的大范围内限制润滑油的流动，在圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8之间油膜变厚。其结果是，能够有效地减少圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8之间的摩擦阻力。
需要说明的是，根据图5所示的现有例，接触椭圆M的形状成为在周向上大且在与该周向正交的方向上小的椭圆，因此沿着突缘面8流动的润滑油的大部分通过接触椭圆M，增厚油膜的功能极小。
通过以上所述，在本实施方式的圆锥滚子轴承1中，通过圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8接触而得到的接触椭圆M的形状成为在内圈2的周向上小且在与该周向正交的方向上大的椭圆。根据该圆锥滚子轴承1，例如当内圈2旋转时，突缘面8中的润滑油的流动方向成为内圈2的周向。因此，利用所述接触椭圆M的形状在大范围内限制润滑油的流动，在圆锥滚子4的大端面14与内圈2的突缘面8之间油膜变厚。由此，能够有效地减少大端面14与突缘面8之间的摩擦阻力。其结果是，能够提高圆锥滚子轴承1的耐磨损性。
而且，本发明的圆锥滚子轴承并不局限于图示的方式，在本发明的范围内也可以是其他方式的结构，保持器10的形状也可以是图示以外的形状。
根据本发明，在圆锥滚子的大端面与内圈的突缘面之间油膜变厚，能够有效地减少上述大端面与突缘面之间的摩擦阻力。其结果是，能够提高圆锥滚子轴承的耐磨损性。

Claims (2)

1.一种圆锥滚子轴承，具备：
内圈，具有锥形状的内圈滚道面；
外圈，具有锥形状的外圈滚道面；
多个圆锥滚子，能够在所述内圈滚道面及所述外圈滚道面上滚动且具有由凸曲面构成的大端面；及
环状的保持器，将所述多个圆锥滚子沿着周向隔开间隔地保持，
所述圆锥滚子轴承的特征在于，
所述内圈在该内圈的大径侧具备大突缘部，该大突缘部具有与所述大端面接触的由凹曲面构成的突缘面，
设所述大端面的曲率半径为Rr、所述内圈的纵截面的所述突缘面的曲率半径为Ri、从圆锥顶点到通过所述大端面与所述突缘面接触而得到的接触椭圆的中心为止的距离为R时，满足R>Ri>Rr。
2.一种圆锥滚子轴承，具备：
内圈，具有锥形状的内圈滚道面；
外圈，具有锥形状的外圈滚道面；
多个圆锥滚子，能够在所述内圈滚道面及所述外圈滚道面上滚动且具有由凸曲面构成的大端面；及
环状的保持器，将所述多个圆锥滚子沿着周向隔开间隔地保持，
所述圆锥滚子轴承的特征在于，
所述内圈在该内圈的大径侧具备大突缘部，该大突缘部具有与所述大端面接触的由凹曲面构成的突缘面，
通过所述圆锥滚子的所述大端面与所述大突缘部的所述突缘面接触而得到的接触椭圆的形状成为在所述内圈的周向上小且在与该周向正交的方向上大的椭圆。
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