CN108071683B - 圆锥滚子轴承及动力传递装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆锥滚子轴承及动力传递装置。圆锥滚子轴承具备：具有大突缘部的内圈；外圈；及多个圆锥滚子。圆锥滚子在轴向一侧具有凸曲面状的大端面。大突缘部具有与大端面接触的凹曲面状的突缘面。设从大端面与突缘面接触的接触位置至圆锥滚子的锥体中心为止的距离为R，大端面的曲率半径为Rr，突缘面的曲率半径为Ri时，满足2≤(Ri‑R)/(R‑Rr)≤10的关系，其中，Rr<R，Ri>R。

Description

圆锥滚子轴承及动力传递装置
在2016年11月10日提出的日本专利申请2016-219768的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。
技术领域
本发明涉及圆锥滚子轴承及动力传递装置。
背景技术
圆锥滚子轴承与同尺寸的其他的滚动轴承相比，具有负载容量大且刚性高的特征，因此大范围地使用。作为其一例，圆锥滚子轴承使用于机动车的变速器装置或差速器装置等驱动传递装置。
图5是以往的圆锥滚子轴承的剖视图。该圆锥滚子轴承具备内圈101、外圈102、多个圆锥滚子103、环状的保持架104。圆锥滚子103设置在内圈101与外圈102之间。保持架104保持多个圆锥滚子103。在圆锥滚子轴承中，在轴承旋转时，圆锥滚子103的大端面105与内圈101的大突缘部109进行滑动接触。因此，通过使大端面105为凸曲面状并使大突缘部109的突缘面(侧面)108为凹曲面状，希望降低上述大端面105与突缘面108之间的滑动摩擦阻力(例如，参照日本实开平5-75520号公报)。
然而，关于将圆锥滚子103的大端面105及大突缘部109的突缘面108的各曲率半径设定为何种程度的值，具体的准则还未明确。因此，可能有时无法通过曲率半径的大小来充分地降低滑动摩擦阻力。
所述滑动摩擦阻力除了在大端面105与突缘面108之间产生的接触面压之外，也较大地受到在它们之间形成的油膜厚度的影响。即，接触面压越小，油膜越厚，则滑动摩擦阻力越降低。
发明内容
本发明的目的之一是在圆锥滚子轴承中，兼顾在内圈的大突缘部与圆锥滚子之间产生的接触面压的下降和形成在它们之间的油膜厚度的增大这两者。
本发明的一方式的圆锥滚子轴承的结构上的特征在于，包括：内圈，在外周侧具有内滚道面，并且在该内滚道面的轴向一侧具有向径向外侧突出的大突缘部；外圈，在内周侧具有外滚道面；及多个圆锥滚子，与所述内滚道面及所述外滚道面进行滚动接触，其中，所述圆锥滚子在轴向一侧具有凸曲面状的大端面，所述大突缘部具有与所述大端面接触的凹曲面状的突缘面，设从所述大端面与所述突缘面接触的接触位置至所述圆锥滚子的锥体中心为止的距离为R，所述大端面的曲率半径为Rr，所述突缘面的曲率半径为Ri时，满足2≤(Ri-R)/(R-Rr)≤10的关系，其中，Rr<R，Ri>R。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是具备本发明的实施方式的圆锥滚子轴承的差速器装置的剖视图。
图2是圆锥滚子轴承的剖视图。
图3是用于说明内圈及圆锥滚子的形状的投影图。
图4是表示设横轴为“(Ri-R)/(R-Rr)”且纵轴为“接触面压”及“1/椭圆率”时的计算结果的坐标图。
图5是以往的圆锥滚子轴承的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。图1是具备本发明的实施方式的圆锥滚子轴承的差速器装置的剖视图。该差速器装置51配置在传递机动车的发动机的输出的动力传递路径上。差速器装置51将发动机的输出向在差速器装置51的两侧(图1的纸面贯通方向的两侧)分别配置的驱动轴(未图示)传递。
差速器装置51具备龆轮轴(动力传递轴)52、龆轮53、差动齿轮机构54、将它们收容的壳体55。龆轮轴52与用于传递发动机的输出的传动轴(未图示)进行一体旋转。龆轮53设置在该龆轮轴52的端部。差动齿轮机构54伴随着该龆轮53的旋转而进行动作。龆轮轴52在壳体55内由一对圆锥滚子轴承1支承为旋转自如。在壳体55形成有润滑油供给路56。该润滑油供给路56如图中的箭头所示引导润滑油并向一对圆锥滚子轴承1赋予。圆锥滚子轴承1由该润滑油润滑。
图2是圆锥滚子轴承1的剖视图。圆锥滚子轴承1具备内圈2、外圈3、多个圆锥滚子4、保持架10。圆锥滚子4设置在内圈2与外圈3之间。保持架10将圆锥滚子4沿周向每隔规定间隔进行保持。
内圈2是使用轴承钢或机械结构用钢等而形成的环状的构件，在其外周侧具有内滚道面2a。内滚道面2a具有从轴向一侧(在图2中为右侧)朝向轴向另一侧(在图2中为左侧)缩径的圆锥形状。与内圈2同样，外圈3是使用轴承钢或机械结构用钢等而形成的环状的构件，在其内周侧具有外滚道面3a。外滚道面3a与内滚道面2a相对，具有从轴向一侧朝向轴向另一侧缩径的圆锥形状。
圆锥滚子4是使用轴承钢等而形成的构件，介于内圈2与外圈3之间，并与内滚道面2a及外滚道面3a进行滚动接触。圆锥滚子4具有圆锥台形状，在轴向一侧具有大端面4b，在轴向另一侧具有直径比大端面4b小的小端面4a。
保持架10整体为环状，具有大环状部12、小环状部11、多个柱部13。大环状部12位于圆锥滚子4的轴向一侧。小环状部11位于圆锥滚子4的轴向另一侧。柱部13将上述大环状部12与小环状部11连结。在大环状部12与小环状部11之间的周向上相邻的柱部13之间成为收容圆锥滚子4的兜孔。
而且，内圈2在内滚道面2a的轴向一侧具有向径向外侧突出的大突缘部7。而且，内圈2在内滚道面2a的轴向另一侧具有向径向外侧突出的小突缘部5。大突缘部7在其轴向另一侧具有与圆锥滚子4的大端面4b接触的突缘面7b。该突缘面7b形成为凹曲面状。具体说明该形状时，如图3所示，突缘面7b具有沿着以规定的点P为中心的假想球面71的凹曲面形状。图3是用于说明内圈2及圆锥滚子4的形状的投影图。需要说明的是，在图3中，为了说明而使突缘面7b与圆锥滚子4的大端面4b分离，但是实际处于接触的状态。在图3中，设所述假想球面71的曲率半径(半径)、即突缘面7b的曲率半径(半径)设为Ri。所述点P成为突缘面7b的中心点。
在图2中，圆锥滚子4的大端面4b形成为凸曲面状，与内圈2具有的大突缘部7的突缘面7b进行接触。当轴承(在本实施方式中为内圈2)旋转时，大端面4b与突缘面7b进行滑动接触。具体说明大端面4b的形状时，如图3所示，大端面4b具有沿着以规定的点Q为中心的假想球面72的凸曲面形状。在图3中，设所述假想球面72的曲率半径(半径)、即大端面4b的曲率半径(半径)为Rr。所述点Q成为大端面4b的中心点。
如上所述，圆锥滚子4的大端面4b具有凸曲面形状，内圈2的突缘面7b具有凹曲面形状。因此，当两者接触时，在上述大端面4b与突缘面7b之间产生椭圆形的接触面。以下，将该椭圆形的接触面称为接触椭圆。在图3中，将该接触椭圆S作为投影进行附记。然而，实际上该接触椭圆S在大端面4b与突缘面7b之间产生。接触椭圆S的全部形成在突缘面7b的范围内。即，在图3中，在突缘面7b的径向外侧端缘31与径向内侧端缘32之间的范围产生接触椭圆S。
在图3中，设接触椭圆S的中心为C1。关于接触椭圆S的尺寸，设突缘面7b的从内周侧朝向外周侧的方向(径向)的尺寸为“b”，其正交方向(周向)为“a”。该接触椭圆S的椭圆率成为“b/a”。
下面说明突缘面7b的曲率半径Ri与大端面4b的曲率半径Rr的关系。在此，从突缘面7b与大端面4b的接触位置至圆锥滚子4的锥体中心C0的距离为“R”。锥体中心C0是指圆锥滚子4的圆锥形状(外周面形状)的顶点。突缘面7b与大端面4b的接触位置是指接触椭圆S的中心C1。大端面4b的曲率半径Rr小于所述距离R(Rr<R)，突缘面7b的曲率半径Ri大于所述距离R(Ri>R)。
在本实施方式的圆锥滚子轴承1中，曲率半径Rr、曲率半径Ri及距离R具有满足如下的式(1)的关系。
2≤(Ri-R)/(R-Rr)≤10…(1)
图4是表示设横轴为所述式(1)中的“(Ri-R)/(R-Rr)”且纵轴为“接触面压”及“1/椭圆率”时的计算结果的坐标图。“接触面压”是在突缘面7b与大端面4b之间产生的接触面压。“1/椭圆率”是基于所述接触椭圆S的值。用于算出接触面压及椭圆率的接触椭圆S的尺寸a、b通过使用了赫兹的式子的接触理论来求出。作为此时使用的变量，将圆锥滚子4和内圈2的纵弹性模量设为207.9GPa，泊松比设为0.3，载荷设为成为基本动额定载荷的40％的轴向载荷。图4是设接触椭圆S的尺寸b恒定且尺寸a为变量时的坐标图。
当接触椭圆S的形状变化时，在突缘面7b与大端面4b之间产生的接触面压及椭圆率变化。该接触面压及椭圆率会影响圆锥滚子轴承1的性能。即，通过使接触面压下降，能够防止突缘面7b与大端面4b之间的磨损，延长轴承寿命。当椭圆率(b/a)增大时，突缘面7b与大端面4b之间的油膜的厚度增加。通常已知当图3所示的方式的接触椭圆S的椭圆率(b/a)增大时，油膜变厚。作为与之相关的论文，已知有“R.J.Chittenden,D.Dowson,J.F.Dunn,C.M.Taylor：Proc.R.Soc.Lond,A397(1985)271”。
在图4中，以椭圆率的倒数(1/椭圆率)为指标。如上所述，增大椭圆率(b/a)的油膜优选变厚。在椭圆率的倒数的情况下，其值减小时，油膜变厚。
如图4所示，通过使所述式(1)中的尺寸比“(Ri-R)/(R-Rr)”为2以上，能够降低突缘面7b与大端面4b的接触面压。而且，通过使所述尺寸比“(Ri-R)/(R-Rr)”为10以下，而椭圆率的倒数(a/b)减小(即，椭圆率(b/a)增大)，能够使形成在突缘面7b与大端面4b之间的油膜变厚。即，通过满足所述式(1)的条件，在图2中，能够兼顾在内圈2的大突缘部7(突缘面7b)与圆锥滚子4(大端面4b)之间产生的接触面压的下降和形成在它们之间的油膜厚度的增大这两者。由此，在内圈2的大突缘部7与圆锥滚子4之间能得到优选的接触方式。其结果是，能够降低轴承旋转时的大突缘部7与圆锥滚子4之间的滑动摩擦阻力。通过降低该滑动摩擦阻力，能降低圆锥滚子轴承1的旋转阻力。由此，能够抑制大突缘部7与圆锥滚子4之间的发热，或者防止磨损。
所述尺寸比“(Ri-R)/(R-Rr)”的下限值除了设为“2”以外，也可以设为“3”，而且优选将下限值设为“4”。所述尺寸比“(Ri-R)/(R-Rr)”的上限值除了设为“10”以外，也可以设为“9”，更优选设为“8”。
为了使内圈2的大突缘部7与圆锥滚子4之间的接触方式良好，在它们之间形成的油膜厚度更加重要。着眼于这一点，所述尺寸比“(Ri-R)/(R-Rr)”的上限值优选设为“6”或“5”。在该情况下，尺寸比(Ri-R)/(R-Rr)成为2以上且6(或5)以下。在该情况下，能够增大油膜厚度，因此即使面压稍增大，也能够抑制轴承的升温。
在本实施方式中，如通过图3说明那样，通过圆锥滚子4的大端面4b与内圈2的突缘面7b接触而产生的接触椭圆S相比该突缘面7b的径向外侧端缘31而位于径向内侧。因此，在圆锥滚子4的大端面4b处，能够防止由于边缘负载而接触面压局部性地变大的情况。而且，关于在图4中设定为恒定值的接触椭圆S的尺寸b，优选设为比突缘面7b的径向的尺寸(即，径向外侧端缘31与径向内侧端缘32之间的尺寸)稍小的值。作为设定突缘面7b的接触椭圆S的位置(中心C1的位置)的手段，只要调整点P、点Q、锥体中心C0的位置即可。在本实施方式中，如图3所示，在圆锥滚子轴承1的包含中心线L0的截面中，点P、点Q及锥体中心C0位于共通的直线L1上。然而，上述点P、点Q、锥体中心C0也可以不位于共通的直线L1上。
图1示出具备具有所述结构的圆锥滚子轴承1的差速器装置51。该差速器装置51具备壳体55、龆轮轴(动力传递轴)52、轴承。龆轮轴52设置在壳体55内。轴承将龆轮轴52支承为旋转自如。该轴承是所述圆锥滚子轴承1。根据该差速器，在对龆轮轴52进行支承的圆锥滚子轴承1中，如上所述(参照图2)，能够兼顾在内圈2的大突缘部7(突缘面7b)与圆锥滚子4(大端面4b)之间产生的接触面压的下降和形成在它们之间的油膜厚度的增大这两者。由此，能够降低龆轮轴52的旋转阻力等而提高旋转性能。
如以上所述公开的实施方式在全部的点上为例示而不受限制。即，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的方式。例如，保持架10也可以是图示的方式以外的结构。在所述实施方式中，例示了将圆锥滚子轴承1适用于差速器装置的情况，但是也可以适用于变速器装置等其他的动力传递装置。或者，可以将圆锥滚子轴承1适用于动力传递装置以外的旋转设备。
根据本发明，能够兼顾在内圈的大突缘部与圆锥滚子之间产生的接触面压的下降和形成于它们之间的油膜厚度的增大这两者。其结果是，能够降低轴承旋转时的大突缘部与圆锥滚子之间的滑动摩擦阻力。

Claims (3)

1.一种圆锥滚子轴承，包括：
内圈，在外周侧具有内滚道面，并且在该内滚道面的轴向一侧具有向径向外侧突出的大突缘部；
外圈，在内周侧具有外滚道面；
多个圆锥滚子，与所述内滚道面及所述外滚道面进行滚动接触；及
环状的保持架，保持多个所述圆锥滚子，
其中，
所述圆锥滚子在轴向一侧具有凸曲面状的大端面，
所述大突缘部具有与所述大端面接触的凹曲面状的突缘面，
所述圆锥滚子轴承的特征在于，
设从所述大端面与所述突缘面接触的接触位置至所述圆锥滚子的锥体中心为止的距离为R，所述大端面的曲率半径为Rr，所述突缘面的曲率半径为Ri时，
满足2≤(Ri-R)/(R-Rr)≤10的关系，
其中，Rr<R，Ri>R。
2.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
通过所述大端面与所述突缘面接触而产生的接触椭圆相比该突缘面的径向外侧端缘位于径向内侧。
3.一种动力传递装置，包括：
壳体；
动力传递轴，设置在该壳体内；及
轴承，将该动力传递轴支承为旋转自如，其中，
所述轴承是权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承。
CN201711108431.XA 2016-11-10 2017-11-09 圆锥滚子轴承及动力传递装置 Active CN108071683B (zh)

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