CN105992882A - 圆筒滚子轴承和变速器用轴承装置 - Google Patents

圆筒滚子轴承和变速器用轴承装置 Download PDF

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Abstract

圆筒滚子轴承(10)包括：在内周面具有外圈轨道面(11)、和设在该外圈轨道面(11)的轴向两侧的一对外圈凸缘(12)的外圈(10)；在外周面具有内圈轨道面(21)、和设在该内圈轨道面(21)的轴向单侧的内圈凸缘(22)的内圈(20)；以及配置在外圈轨道面(11)与内圈轨道面(21)之间的多个圆筒滚子(30)。外圈凸缘(12)的径向高度(A)大于内圈凸缘(22)的径向高度(B)，且外圈凸缘(12)与内圈凸缘(22)之间的径向间隙(C)被设定为2mm以下。由此，通过抑制推力负荷所导致的边缘负载的产生，并且使轴承内部的润滑状态良好，从而做到耐久性优良的圆筒滚子轴承、以及实现变速器的大幅小型化。

Description

圆筒滚子轴承和变速器用轴承装置
技术领域
本发明涉及圆筒滚子轴承和变速器用轴承装置。
背景技术
从提高单位燃料行驶距离的观点而言，强烈要求汽车的变速器能小型化、高效率化。一般而言，球轴承与接受预压而使用的圆锥滚子轴承相比，力矩要小很多，多使用在变速器中，但在尺寸方面容易增大，有的情况下会受到限制。例如，作为支持齿轮的轴承，有的情况下使一个为不赋予预压而使用的圆筒滚子轴承，另一个为球轴承，用球轴承来承受因齿轮啮合而产生的两个方向的推力负荷，且在圆筒滚子轴承仅支持径向负荷的支持构造。在该情况下，一个使用圆筒滚子轴承能够大幅减小尺寸，但在另一个球轴承中需要支持两个方向的推力负荷，尺寸容易变大，在单元的布局中有的情况下会受到限制。
另外，作为将轴长缩短来实现变速器的小型化的构成，已知图4所示的构成。在该图4概要示出的变速器100中，从发动机ENG输出的发动机力矩经由离合器CL输入至输入轴101，设置在输入轴101的齿轮102与未图示的从动轴的齿轮啮合，向从动轴传递。在这样的输入轴101、从动轴中，通过一个为圆筒滚子轴承1，另一个以滑动轴承103和宽度薄的推力滚针轴承104等组合来使用，能够大幅减小轴承的尺寸。
另外，作为圆筒滚子轴承，有的设计为使内圈和外圈的凸缘部的内侧面倾斜，并且在圆筒滚子的端面实施了凸面加工(例如参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-70874号公报
专利文献2：日本特开2004-353744号公报
发明内容
本发明欲解决的问题
可是，在图4所示的变速器100的轴承构成中，圆筒滚子轴承1成为在驱动时或者惯性滑行时承受推力负荷的构成，特别在输入轴101、从动轴那样高速旋转下使用的情况下，烧损寿命会成为大问题。特别是，由于输入轴101伴随着推力负荷而弯曲等，固定在输入轴101的圆筒滚子轴承1的内圈会相对于外圈相对产生倾斜。因此，外内圈相对地倾斜时，在圆筒滚子的两端部会产生大的边缘负载。另外，在圆筒滚子轴承1中，边从外部供给润滑油边进行润滑，但在供给油量一时减少时，有可能产生烧损。在专利文献1和2所记载的圆筒滚子轴承中，有防止产生边缘负载、烧损的技术，但没有考虑到如上所述的用途的使用，因此希望有进一步改善。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于通过抑制推力负荷所导致的边缘负载的产生，并且使轴承内部的润滑状态良好，从而提供一种耐久性优良的圆筒滚子轴承、和能够实现变速器大幅小型化的变速器用轴承装置。
用于解决问题的方案
本发明的上述目的由下述的构成实现。
(1)一种圆筒滚子轴承，包括：
外圈，其在内周面具有外圈轨道面、和设在该外圈轨道面的轴向两侧的一对外圈凸缘；
内圈，其在外周面具有内圈轨道面、和设在该内圈轨道面的轴向单侧的内圈凸缘；以及
多个圆筒滚子，其配置在所述外圈轨道面与所述内圈轨道面之间，
所述圆筒滚子轴承的特征在于，
所述外圈凸缘与所述内圈凸缘之间的径向间隙被设定为2mm以下，
所述外圈凸缘的径向高度大于所述内圈凸缘的径向高度。
(2)如(1)所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
轴承宽度为W，轴承外径为D时，D/W为3.0以上，
所述圆筒滚子的滚子直径为Da，滚子长度为L时，L/Da为1.2以上、1.8以下。
(3)如(1)或(2)所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
对所述圆筒滚子的滚动面实施由曲率半径为300～700mm的单一圆弧构成的凸面加工，
在所述外圈凸缘和所述内圈凸缘的与所述圆筒滚子的接触面形成有10'～30'的倾斜。
(4)如(1)或(2)所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
对所述圆筒滚子的滚动面实施复合凸面加工，使其轴向中央部分为曲率半径为3000～4000mm的单一圆弧，对该轴方向中央部分的两侧部分利用对数曲线形状使下降量变化，
在所述外圈凸缘和所述内圈凸缘的与所述圆筒滚子的接触面形成有10'～30'的倾斜。
(5)一种变速器用轴承装置，其特征在于，
输入有发动机力矩的输入轴或者从动轴至少被滑动轴承和(1)～(4)中任一项所述的圆筒滚子轴承旋转自如地支持，
所述圆筒滚子轴承支承单侧方向的推力负荷，并且允许所述外圈和所述内圈的相对倾斜。
(6)如(5)所述的变速器用轴承装置，其特征在于，
对于所述圆筒滚子从与设有所述内圈凸缘侧相反侧的、所述外圈与所述内圈之间的开口部供给润滑油。
发明的效果
根据本发明的圆筒滚子轴承，由于使外圈凸缘的径向高度大于内圈凸缘的径向高度，因此即使在外圈和内圈产生相对倾斜的情况下，由于圆筒滚子被高度高的外圈凸缘稳定保持在外圈轨道面，因此能够抑制边缘负载的产生。另外，由于外圈凸缘与内圈凸缘之间的径向间隙被设定为2mm以下，因此即使在供给油量一时减少的情况下，通过残留在轴承内部的一部分的润滑油的影响，也能够抑制烧损的产生。
另外，根据本发明的变速器用轴承装置，由于输入有发动机力矩的输入轴或者从动轴被滑动轴承和上述的圆筒滚子轴承旋转自如地支持，圆筒滚子轴承支承单侧方向的推力负荷，并且允许外圈和内圈的相对倾斜，因此，能够实现变速器大幅的小型化。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的圆筒滚子轴承的主要部分半剖视图。
图2是示出图1的圆筒滚子的变形例的图。
图3是图1的III部放大图。
图4是示出也能适用于本发明的、一般的变速器的概要图。
附图标记的说明
1：圆筒滚子轴承
10：外圈
12：外圈凸缘
13：内侧面(接触面)
20：内圈
22：内圈凸缘
23：内侧面(接触面)
30：圆筒滚子
32：滚动面
D：轴承外径
Da：滚子径
L：滚子长度
W：轴承宽度
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明的一个实施方式所涉及的圆筒滚子轴承和变速器用轴承装置。
此外，本实施方式的圆筒滚子轴承图4所示，被使用于包括输入有发动机力矩的输入轴101或者从动轴的变速器100，输入轴101或者从动轴以最高转速与发动机相同的旋转速度(最大7500rpm)旋转。
即，在图4中，作用在输入轴101的径向负荷被圆筒滚子轴承1和滑动轴承103承受，在惯性滑行状态(发动机制动时)下因输入齿轮的啮合而产生的推力负荷(轴向方向负荷)被后述圆筒滚子轴承1的外圈凸缘12和内圈凸缘22承受，另外，在驱动时作用在反向的推力负荷被推力滚针轴承104承受。
此外，在本实施方式的变速器100中，对于滑动轴承103和推力滚针轴承104，作为其替代，也可以适用外壳型的圆筒滚子轴承、球轴承等其他轴承。在该情况下，在驱动时作用在反向的推力负荷也可以被球轴承等支持，以代替推力滚针轴承。另外，在用推力滚针轴承承受该推力负荷的情况下，径向负荷能够由滑动轴承或者壳型的圆筒滚子轴承等接受。
另外，适用于变速器100的本实施方式的圆筒滚子轴承1如图1所示，包括：在内周面具有外圈轨道面11、和设在该外圈轨道面11的轴向两侧的一对外圈凸缘12的外圈10；在外周面具有内圈轨道面21、和设在该内圈轨道面21的轴向单侧的内圈凸缘22的内圈20；配置在外圈轨道面11与内圈轨道面21之间的多个圆筒滚子30；以及具有将这些圆筒滚子30以预定的间隔保持的多个兜孔41的外圈引导式的保持架40。
即，圆筒滚子轴承1被构成为：在外圈10的轴向两端部设有外圈凸缘12，在内圈20的轴向一端部设有内圈凸缘22，能够支承上述的图4所示的变速器的仅单侧方向的推力负荷。
因此，由于伴随推力负荷的输入轴弯曲、器件精度等影响，固定在输入轴的圆筒滚子轴承1的内圈20会相对于外圈10相对倾斜。外圈10与内圈20相对倾斜时，在圆筒滚子30的两端部会产生大的边缘负载。为了抑制该边缘负载导致的剥离的产生，对圆筒滚子30的滚动面32(与外圈轨道面11和内圈轨道面21滚动接触的面)实施凸面加工。
滚动面32的凸面加工也可以由曲率半径为300～700mm的单一圆弧形成。或者，如图2所示，滚动面32的凸面加工也可以是复合凸面加工，使滚动面32的轴向中央部32a为曲率半径为3000～4000mm的单一圆弧，对该中央部32a的轴向两侧部分32b利用对数曲线形状使下降量急剧变化。
此外，在复合凸面加工的情况，由单一圆弧构成的中央部32a为滚子长度L的40～50％左右的轴向长度，在滚动面32的端部的下降量为滚子直径Da的0.2～0.5％左右。
这样的复合凸面加工相对于由单一圆弧构成的凸面加工，由于能降低最大接触面压，因此预计轴承的寿命长。并且，由于改善了圆筒滚子30的坐姿，因此能够降低圆筒滚子30的偏斜，抑制发热。
另外，如图3所示，在外圈10与内圈20产生相对倾斜时，圆筒滚子30有可能易于倾斜并烧损，为了对其进行抑制，在外圈凸缘12和内圈凸缘22的与圆筒滚子30间的内侧面(接触面)13、23形成有相对于径向的角度α为10'～30'的倾斜。
并且，对圆筒滚子30的轴向端面31实施凸面加工。
另外，为了变速器单元的小型化(缩短轴向长度)，轴承宽度W相对于轴承外径D的D/W值为3.0以上。但是，由于倾斜而产生偏斜时，有的情况下承受推力负荷时的烧损寿命会下降，为了使圆筒滚子30的坐姿良好，滚子直径Da、滚子长L的关系L/Da为1.2以上、1.8以下。
另外，在图4所示的变速器100这样的情况下，是从外部供给润滑油的，但由于对于圆筒滚子30润滑油从在轴向与具有内圈凸缘侧相反侧的外圈10和内圈20的开口部50流入，因此，能够扩大向轴承内部的开口面积，向外圈凸缘12和内圈凸缘22供给充分量的润滑油。而且，由于在轴向移动的润滑油润滑内圈凸缘22，另外由于离心力而向外径方向移动的润滑油润滑外圈凸缘12，因此，能够良好地保持圆筒滚子轴承1的内部的润滑状态。
并且，考虑到保持架40的板厚，存在于外圈凸缘12与内圈凸缘22间的径向间隙C为2mm以下，优选的是为1.5mm以下，从而即使在供给油量一时减少的情况下，通过残留在轴承内部的一部分的润滑油的影响，能够抑制烧损的产生。
并且，外圈凸缘12的径向高度A比内圈凸缘22的径向高度B大(A＞B)。此外，优选的是各凸缘高度的范围设定为1.2B≤A≤1.5B，更优选为1.2B≤A≤1.4B。并且，也可以使内圈凸缘22的内侧面23的倾斜角度大于外圈凸缘12的内侧面13的倾斜角度。
由此，在外圈10和内圈20产生相对倾斜的情况下，由于圆筒滚子30被高度高的外圈10的两个外圈凸缘12稳定地保持在外圈轨道面11，因此抑制边缘负载的产生。如果增大内圈凸缘22的内侧面23的倾斜角度，那么即使在内圈20与圆筒滚子30相对倾斜的情况下，也能够抑制产生边缘负载。
另外，由于保持架40是外圈引导方式，因此减小外圈凸缘12的内径与保持架40的两端的外径面的间隙。由此，从保持架40的内径侧流入的润滑油不会流出到外部空间而对外圈凸缘12进行润滑，并且，保持架40被外圈凸缘12引导，即使在高旋转时也能稳定旋转。
如以上说明，根据本实施方式的圆筒滚子轴承1，包括：在内周面具有外圈轨道面11、和设在该外圈轨道面11的轴向两侧的一对外圈凸缘12的外圈10；在外周面具有内圈轨道面21、和设在该内圈轨道面21的轴向单侧的内圈凸缘22的内圈20；以及配置在外圈轨道面11与内圈轨道面21之间的多个圆筒滚子30。而且，由于使外圈凸缘12的径向高度A大于内圈凸缘22的径向高度B，因此即使在外圈10和内圈20产生相对倾斜的情况下，由于圆筒滚子30被高度高的外圈凸缘12稳定地保持在外圈轨道面11，因此能够抑制边缘负载的产生。另外，由于外圈凸缘12与内圈凸缘22之间的径向间隙C被设定为2mm以下，因此即使在供给油量一时减少的情况下，通过残留在轴承内部的一部分的润滑油的影响，也能够抑制烧损的产生。
另外，由于轴承宽度为W，轴承外径为D时，D/W为3.0以上，圆筒滚子30的滚子直径为Da，滚子长度为L时，L/Da为1.2以上、1.8以下，因此能够缩短轴承的轴向长度，并且能够抑制偏斜的产生。
并且，对圆筒滚子30的滚动面32实施由曲率半径为300～700mm的单一圆弧构成的凸面加工；或者使轴向中央部分32a为曲率半径为3000～4000mm的单一圆弧，对该轴方向中央部分32a的两侧部分32b利用对数曲线形状使下降量变化的复合凸面加工。另外，在外圈凸缘12和内圈凸缘22的与圆筒滚子30间的接触面形成有10'～30'的倾斜。所以，即使在外圈10与内圈20产生相对倾斜时，能够抑制边缘负载的产生，即使圆筒滚子30倾斜也能够抑制烧损。
此外，在对圆筒滚子30的滚动面32实施了复合凸面加工的情况下，能够降低最大接触面压，预计轴承的寿命长，另外，由于改善了圆筒滚子30的坐姿，因此圆筒滚子30的偏斜降低，能够抑制发热。
另外，根据本实施方式的变速器用轴承装置，由于输入有发动机力矩的输入轴101或者从动轴至少被滑动轴承103和上述的圆筒滚子轴承1旋转自如地支持，圆筒滚子轴承1支承单侧方向的推力负荷，并且允许外圈10和内圈20的相对倾斜，因此，能够实现变速器100大幅小型化。
并且，由于对于圆筒滚子30从设有内圈凸缘22侧的相反侧的、外圈10与内圈20之间的开口部50供给润滑油，因此能够扩大向轴承内部的开口面积，向外圈凸缘12和内圈凸缘22供给充分量的润滑油。
实施例
此处，对于本实施方式的圆筒滚子轴承1，边改变圆筒滚子30的滚动面32的形状边进行验证实验，确认其效果。此外，验证实验在以下的条件下进行，另外，目标寿命为120Hrs。
验证实验条件
负荷：0.4C(C：基本额定动负荷)
转速：3000rpm
润滑条件：ATF、120℃、油浴
异物：0.05g/L：(异物尺寸：10～50μm、铁类)
倾斜：0rad(无倾斜)、3/1000rad(有倾斜)
[表1]
表1示出使用在滚动面32实施了由单一圆弧构成的凸面加工的圆筒滚子30的情况下的实验结果。从表1能够确认，如果曲率半径为300～700mm，那么即使在圆筒滚子30与轨道面之间有相对倾斜，也能达到目标寿命。另一方面，在曲率半径为200mm的情况下，即使有倾斜寿命也不会下降，但由于接触面压高，因此未到达目标寿命。另外，在曲率半径为800mm的情况下，有倾斜时不能达到目标寿命。
[表2]
另外，表2示出使用滚动面32的轴向中央部32a为单一圆弧，对轴向两端部分32b利用对数曲线形状使下降量变化的圆筒滚子30的情况下的实验结果。从表2能够确认，轴向中央部32a的曲率半径为3000～4000mm的单一圆弧，将相对于圆筒滚子30的滚子长度L的轴向中央部32a的轴向长度、和相对于圆筒滚子直径Da的端部的下降量限制在表2的范围内时，会达到目标寿命。另一方面，在所述范围外的滚动面32的情况下，在无倾斜和有倾斜的两个状态下，不能达到目标寿命。
另外，本发明不限于上述的各实施方式，能够适当进行变形、改良等。
在上述实施方式中，说明了本发明的圆筒滚子轴承适用于变速器，但不限于此，也可以适用于其他装置。
另外，本申请基于2013年11月21日申请的日本专利申请2013-241280号和2014年9月5日申请的日本专利申请2014-181461号，其内容作为参照并入本文。

Claims (6)

1.一种圆筒滚子轴承，包括：
外圈，其在内周面具有外圈轨道面、和设在该外圈轨道面的轴向两侧的一对外圈凸缘；
内圈，其在外周面具有内圈轨道面、和设在该内圈轨道面的轴向单侧的内圈凸缘；以及
多个圆筒滚子，其配置在所述外圈轨道面与所述内圈轨道面之间，
所述圆筒滚子轴承的特征在于，
所述外圈凸缘与所述内圈凸缘之间的径向间隙被设定为2mm以下，
所述外圈凸缘的径向高度大于所述内圈凸缘的径向高度。
2.如权利要求1所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
轴承宽度为W，轴承外径为D时，D/W为3.0以上，
所述圆筒滚子的滚子直径为Da，滚子长度为L时，L/Da为1.2以上、1.8以下。
3.如权利要求1或2所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
对所述圆筒滚子的滚动面实施由曲率半径为300～700mm的单一圆弧构成的凸面加工，
在所述外圈凸缘和所述内圈凸缘的与所述圆筒滚子的接触面形成有10'～30'的倾斜。
4.如权利要求1或2所述的圆筒滚子轴承，其特征在于，
对所述圆筒滚子的滚动面实施复合凸面加工，使其轴向中央部分为曲率半径为3000～4000mm的单一圆弧，对该轴方向中央部分的两侧部分利用对数曲线形状使下降量变化，
在所述外圈凸缘和所述内圈凸缘的与所述圆筒滚子的接触面形成有10'～30'的倾斜。
5.一种变速器用轴承装置，其特征在于，
输入有发动机力矩的输入轴或者从动轴至少被滑动轴承和权利要求1～4中任一项所述的圆筒滚子轴承旋转自如地支持，
所述圆筒滚子轴承支承单侧方向的推力负荷，并且允许所述外圈和所述内圈的相对倾斜。
6.如权利要求5所述的变速器用轴承装置，其特征在于，
对于所述圆筒滚子从与设有所述内圈凸缘侧相反侧的、所述外圈与所述内圈之间的开口部供给润滑油。
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