CN110494664A - 圆锥滚子轴承 - Google Patents

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CN110494664A CN201880024190.7A CN201880024190A CN110494664A CN 110494664 A CN110494664 A CN 110494664A CN 201880024190 A CN201880024190 A CN 201880024190A CN 110494664 A CN110494664 A CN 110494664A
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Abstract

在圆锥滚子轴承(10)中，在内圈(11)的一侧端部或两端部设置有锷部(11b，11c)，在滚子(13)的滚动面(13a)和内圈(11)的滚道面(11a)都形成有凸面，另外，至少在母线方向上的有效接触长度(Le)的一侧端部，内圈(11)的滚道面(11a)的凸面下降量比滚子(13)的滚动面(13a)的凸面下降量小。

Description

圆锥滚子轴承
技术领域
本发明涉及圆锥滚子轴承，特别是涉及减速机、工程机械、钢铁、汽车等所使用的圆锥滚子轴承。
背景技术
以往，已知在滚子轴承中，为了抑制在接触部的轴向两端部产生过大接触面压、所谓的边缘载荷，而在滚子的滚动面或滚道轮的滚道面设置凸面(例如，参照专利文献1)。
作为凸面，已知对母线方向上的有效接触长度Le，将接触部的从轴向中央部到两端部设置成不会产生过大接触面压、所谓的边缘载荷的对数凸面，从而能够实现长寿命。
另一方面，由将对数凸面和单一圆弧凸面一起示出的图10可明显看出，对于对数凸面，下降量从中央朝向端部缓慢地增加，但是靠近端部时下降量迅速地变大。因此，对滚子、滚道轮设置对数凸面的制作困难。因此，在专利文献1中，通过对滚子施加圆弧组合的凸面，从而赋予与对数凸面相近的形状。
另外，在专利文献1中记载有如下内容：滚子和内圈的凸面下降量之和σ在任意的2点(有效接触长度Le的0.425×Le与0.5×Le的2点)处，设计成满足任意的凸面式(动态额定负载C的负载范围0.4×C～0.6×C的式)的范围内，接近对数凸面。
而且，实际中为了对内圈设置凸面，首先通过磨削来加工凸面形状，接着，为了得到期望的表面粗糙度(影响轴承寿命)，使用精加工磨石进行加工。因此，关于利用磨石对内圈进行的精加工，以使磨石水平地在内圈滚道面移动，一边使磨石适应凸面，一边形成期望的表面粗糙度的形式进行SF加工(精加工)。需要说明的是，根据形状有时也利用SF加工来精加工成目标形状。
然而，在圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承中，由于在内圈的滚道面的轴向外侧设置有锷部，所以在对内圈的滚道面加工对数凸面时，在利用磨石进行精加工时，在滚道面的端部不容易获得期望的表面粗糙度。另外，为了获得期望的表面粗糙度，到磨石适应为止要花长时间而周期时间增加，或者磨石与锷部接触，或者需要增加专利文献2记载的那样的复杂的设备。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-65574号公报
专利文献2：日本特开2010-17788号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是抑制设备改造、周期时间的增加所导致的成本上升，提供能够容易对滚子的滚动面和内圈的滚道面进行精加工的圆锥滚子轴承。
用于解决问题的技术手段
本发明的上述目的通过下述结构实现。
(1)一种圆锥滚子轴承，其特征在于，具备：内圈和外圈，以及滚子，所述滚子被滚动自如地配置在所述内圈和所述外圈的滚道面间，在所述内圈的一侧端部或两端部设置有锷部，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面都形成有凸面，至少在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的一侧端部，所述内圈的滚道面的凸面下降量比所述滚子的滚动面的凸面下降量小。
(2)如(1)所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的范围内中的各所述母线方向上的至少2个位置，所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的凸面的总和为下述式(i)的对数凸面。
[数学式1]
其中，
δ：接触两物体(滚子和内圈滚道面)的母线方向位置X处的凸面下降量的总和
w：接触荷载
Le：母线方向上的有效接触长度
E1、E2：接触两物体(滚子和内圈)的弹性模量
ν1、ν2：接触两物体(滚子和内圈)的泊松比
b：赫兹接触宽度的1/2
(3)如(1)或(2)所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，所述滚子、所述内圈以及所述外圈中的至少一者的凸面的中央部是直线形状。
(4)如(1)～(3)中任一项所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，所述外圈的滚道面的凸面下降量比所述内圈的滚道面的凸面下降量小。
此处，本发明的“有效接触长度Le”是指滚子的滚动面和内圈的滚道面实际接触的区域的长度。对于具体的有效接触长度Le的规定的方法，在实施方式的部分进行说明。
发明效果
根据本发明的圆锥滚子轴承，在内圈的一侧端部或两端部设置有锷部，在滚子的滚动面和内圈的滚道面都形成有凸面，至少在母线方向上的有效接触长度Le的一侧端部，内圈的滚道面的凸面下降量比滚子的滚动面的凸面下降量小。由此，通过将由于存在锷部而不能使磨石靠近滚道面的端部的内圈的凸面下降量设置得比滚子的凸面下降量小，从而能够抑制设备改造、周期时间的增加所导致的成本上升，能够容易对滚子的滚动面以及内圈的滚道面进行精加工。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的圆锥滚子轴承的剖视图。
图2是图1所示的圆锥滚子轴承的侧视图。
图3(a)～(f)是对有效接触长度Le的规定进行说明的图1的III部示意图。
图4是表示滚子凸面和内圈凸面的在X坐标位置处的下降量的图像。
图5(a)是用于说明用磨石对内圈的滚道面进行的精加工的示意图，(b)是表示下降量小的情况的例子的(a)的V部示意图，(c)是表示下降量大的情况的例子的(a)的V部示意图，(d)是表示使磨石过分靠近锷部的情况的例子的(a)的V部示意图。
图6(a)是用于说明用磨石对滚子的滚动面进行的精加工的示意图，(b)是表示下降量小的情况的例子的(a)的VI部示意图，(c)是表示下降量大的情况的例子的(a)的VI部示意图，(d)是表示使磨石过分靠近锷部的情况的例子的(a)的VI部示意图。
图7是表示本发明的第2实施方式的圆锥滚子轴承所涉及的滚子凸面和内圈凸面所形成的的X坐标位置处的下降量的图像。
图8是变形例所涉及的圆锥滚子轴承的剖视图。
图9是本发明的其他变形例所涉及的圆锥滚子轴承的剖视图。
图10是表示对数凸面和单一圆弧凸面的X坐标位置处的下降量的图像。
符号说明
10、10a 圆锥滚子轴承
10b 圆柱滚子轴承
11 内圈
11a 内圈滚道面
11b 小径锷部(锷部)
11c 大径锷部(锷部)
12 外圈
12a 外圈滚道面
13 圆锥滚子(滚子)
13a 滚动面
100 磨石
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的各实施方式所涉及的圆锥滚子轴承。
(第一实施方式)
如图1和图2所示，本实施方式的圆锥滚子轴承10具备：内圈11，其在外周面设置有内圈滚道面11a；外圈12，其在内周面设置有外圈滚道面12a；滚动体即多个圆锥滚子13(以下，也简称为“滚子13”)，其被配置在内圈滚道面11a和外圈滚道面12a之间；以及保持架14，其将多个滚子13沿圆周方向以预定的间隔保持。
内圈11在内圈滚道面11a在小径侧轴向端部和大径侧轴向端部具备锷部即小径锷部11b和大径锷部11c。
而且，在本实施方式中，为了抑制边缘载荷的产生，设定为在滚子13的滚动面13a和内圈11的内圈滚道面11a都形成凸面，且在圆锥滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的范围内中的母线方向上的至少2个位置，凸面的总和为下述式(i)的对数凸面。
[数学式2]
其中，
δ：接触两物体(滚子和内圈滚道面)的母线方向位置X处的凸面下降量的总和
w：接触荷载
Le：母线方向上的有效接触长度
E1、E2：接触两物体(滚子和内圈)的弹性模量
ν1、ν2：接触两物体(滚子和内圈)的泊松比
b：赫兹接触宽度的1/2
此处，有效接触长度Le是滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a中能够实际接触的区域的长度。具体而言，由于滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a的长度的不同、轴向两侧的滚子13的倒角13b、内圈的避让槽11d的大小的不同，例如存在以下的图3(a)～图3(f)所示意性地表示的状态。
图3(a)表示滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a的长度相同的情况，该情况下，有效接触长度Le为滚子13的滚动面13a或者内圈11的滚道面11a的长度。
图3(b)表示滚子13的滚动面13a的长度比内圈11的滚道面11a的长度长，滚子13的滚道面13a与内圈11的滚道面11a的两端部相比更向轴向两侧延伸的情况。该情况下，有效接触长度Le为滚子13的滚动面13a。
图3(c)表示滚子13的滚动面13a的长度比内圈11的滚道面11a的长度长，且在轴向一端侧内圈11的滚道面11a延伸出来，在轴向另一端侧滚子13的滚道面13a延伸出来的情况。该情况下，有效接触长度Le是滚子13的滚动面13a的长度和内圈11的滚道面11a的长度在轴向上的重叠部分。
图3(d)表示滚子13的滚动面13a比内圈11的滚道面11a的长度长，且在轴向一端侧滚子13的滚道面13a延伸出来，在轴向另一端侧内圈11的滚道面11a延伸出来的情况。该情况下，有效接触长度Le是滚子13的滚动面13a的长度和内圈11的滚道面11a的长度在轴向上的重叠部分。
图3(e)表示内圈11的滚道面11a的长度比滚子13的滚动面13a的长度长的情况，且表示内圈11的滚道面11a与滚子13的滚道面13a的两端部相比向轴向两侧延伸出来的情况。该情况下，有效接触长度Le为滚子13的滚动面13a。
图3(f)表示内圈11的滚道面11a的长度比滚子13的滚动面13a的长度长，且在轴向一端侧内圈11的滚道面11a延伸出来，在轴向另一端侧滚子13的滚道面13a延伸出来的情况。该情况下，有效接触长度Le是滚子13的滚动面13a的长度和内圈11的滚道面11a的长度在轴向上的重叠部分。
需要说明的是，在图3中，省略了圆锥滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a的凸面形状的图示。
但是，滚子13的滚动面13a中的凸面形状的中央位置与内圈11的滚道面11a中的凸面形状的中央位置一致。凸面形状的中央位置设定在以滚动面13a或滚道面11a为基准的任意的位置。因此，有效接触长度Le的中央位置与凸面形状的中央位置(图4中的X＝0的位置)不一定一致。
而且，在本实施方式中，由于以下理由，设计成在母线方向上的有效接触长度Le的两侧端部，内圈11的滚道面11a的凸面下降量比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。
具体而言，如图4所示，将内圈11的滚道面11a设为单一圆弧凸面，将滚子13的滚动面13a设为从式(i)给出的对数凸面的总和δ中减去上述单一圆弧凸面的下降量B而得到的下降量C的凸面形状。即，对于被施加到内圈11的滚道面11a的凸面的圆弧形状，在将有效接触长度Le的轴向中间部处的两滚道面11a、13a的下降量设为0时，有效接触长度Le的两侧端部处的下降量B被设计为比滚子13的滚动面13a的下降量C小。
以下，分别对于内圈11和滚子13，参照图5和图6来说明内圈滚道面11a或滚动面13a的端部处的下降量的不同所导致的精加工时的磨石100的适应时间的不同。
如图5(a)所示，利用磨石100对内圈11进行的精加工以使磨石100相对于内圈滚道面11a水平(沿着母线方向)移动，并一边使磨石100研磨凸面形状一边得到期望的表面粗糙度的方式进行。
这时，如图5(c)所示，在下降量大的情况下，与图5(b)所示下降量小的情况相比，由于内圈滚道面11a的端部和磨石100的距离L1远，所以需要到磨石100磨损从而磨石100与该端部接触为止的时间(适应时间)，所以周期时间增加。需要说明的是，图中，附图标记11d示意性地示出内圈滚道面11a和锷部11b之间的避让槽。
为了压缩周期时间，尽可能缩小锷部11b和磨石100的距离，但是如图5(d)所示，当磨石100过分靠近锷部11b时，磨石100会与锷部11b接触。因此，在内圈11的精加工中，磨石100的管理很重要，在考虑加工成本的情况下，下降量越小越好。
另外，如图6(a)所示，磨石100对滚子13进行的精加工也以使磨石100相对于滚动面13a水平(沿母线方向)移动，一边使磨石100适应凸面，一边赋予期望的表面粗糙度的方式进行。
在对滚子13进行精加工的情况下，与内圈11不同的是没有锷部，因此如图6(c)所示，可以通过使磨石100靠近滚子13的端部以使得滚动体13a的端部和磨石100的距离L2变短，与图5(c)所示的内圈11的下降量大的情况相比能够容易加工。
但是，如图6(d)所示，在磨石100过分靠近滚子13的端部的情况下，磨石100会偏出滚子13的滚动面13a，从而磨石100会不能返回，且磨石会裂开、设备会损坏，所以需要有磨石100不至于偏离开的程度的余量。
在考虑加工成本的情况下，当下降量大时，与内圈11同样，管理变得复杂，所以下降量越小越好，但是由于与内圈11相比容易靠近端部，所以即使滚子13的下降量比内圈11大也容易加工。
因此，在本实施方式中，不在圆锥滚子轴承10的滚子13或内圈11的任一者单独实现对数凸面，而是如图4所示，考虑到成本和加工性，以滚子凸面和内圈凸面各自的下降量相加成为对数凸面的方式来设置，而且在有效接触长度Le的两侧端部，将内圈滚道面11a的凸面下降量设置得比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。
另外，在本实施方式中，在用滚子13和内圈11的下降量的总和δ来实现对数凸面的情况下，由于滚子13的下降量变少，理所当然地能够预想到，对于外圈12也同样，如果未设置凸面，则外圈12的下降量不足，外圈12寿命变短。
因此，当考虑对外圈12的凸面也与内圈11同样，由滚子13和外圈12形成对数凸面的情况时，如图2所示，就圆周上的接触状态而言，内圈11和滚子13是凸凸的关系，但外圈12和滚子13是凹凸的关系。因此，在相同凸面下降量的情况下，推测外圈12成为低面压。
如上述，由于凸面的下降量越小越容易加工，所以重视成本可以通过省略外圈12的凸面，或者对外圈12赋予比内圈11下降量小的凸面(凸面下降量：内圈＞外圈)，从而能够抑制加工成本。
需要说明是，对于外圈12，也可以是直线形状而不设置凸面。
另外，滚子13、内圈11以及外圈12的凸面的中央部附近的下降量小，与直线形状基本没有差别。因此，也可以将滚子13、内圈11以及外圈12中的至少一个凸面的中央部设置为直线形状。
如以上说明，根据本实施方式的圆锥滚子轴承10，在内圈11的两端部设置有锷部11b、11c，在滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a都形成凸面，在母线方向上的有效接触长度Le的两侧端部，内圈11的滚道面11a的凸面下降量被设定为比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。由此，通过将由于存在锷部11b、11c而不能使磨石100靠近端部的内圈11的凸面下降量设置得比滚子13的凸面下降量小，从而能够抑制设备改造、周期时间的增加所导致的成本上升，能够容易对滚子13的滚动面13a以及内圈11的滚道面11a进行精加工。
另外，在本实施方式中，由于利用滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a的凸面下降量的总和δ来实现上述式(i)的对数凸面，所以能够抑制加工成本，同时实现轴承的长寿命。
在上述实施方式中，说明了为了最大限度抑制成本上升，在母线方向上的有效接触长度Le的两侧端部，内圈11的滚道面11a的凸面下降量被设定成比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。然而，从抑制成本上升的观点考虑，本发明中，至少在母线方向上的有效接触长度Le的一侧端部，内圈11的滚道面11a的凸面下降量设定为比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小即可。
(第2实施方式)
接着，参照图7对本发明的第2实施方式所涉及的圆锥滚子轴承进行说明。需要说明的是，在本实施方式中，内圈、外圈的滚道面和滚子的滚动面的凸面形状与第1实施方式不同。其他的结构与第1实施方式相同。
即，在本实施方式中，内圈11的滚道面11a设置成如图7所示的下降量小的对数凸面来代替第1实施方式的单一圆弧凸面。另外，该情况下也同样，滚子13的滚动面13a设置成从上述式(i)给出的对数凸面的总和δ减去上述内圈滚道面11a的对数凸面的下降量而成的凸面形状。
另外，该情况下，对于内圈凸面，在跨母线方向上的有效接触长度Le全范围，内圈11的滚道面11a的凸面下降量比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。
需要说明的是，外圈12的滚道面12a也与第1实施方式同样，形成凸面形状或直线形状。
因此，在本实施方式中，同样通过将由于存在锷部而不能使磨石100靠近滚道面的端部的内圈11的下降量设置得比滚子的下降量小，从而能够在抑制设备改造、周期时间增加、避免高成本的基础上，容易对滚子13的滚动面13a和内圈滚道面11a进行精加工。
关于其他的结构及作用，与第1实施方式相同。
此外，本发明不被前述各实施方式限定，而能够适当变形、改良等。
例如，作为圆锥滚子轴承10，如上述实施方式，可以在内圈11的两端部设置锷部11b、11c，也可以仅在一侧端部设置锷部，例如可以如图8所示的圆锥滚子轴承10a，内圈11是仅具有大径锷部11c的结构。特别是，在该情况下，至少在具有大径锷部11c的一侧即有效接触长度Le的一侧端部，内圈11的滚道面11a的凸面下降量被设定为比滚子13的滚动面13a的凸面下降量小。
另外，在上述实施方式中，对圆锥滚子轴承进行说明，但是本发明也能够应用在存在同样问题的圆柱滚子轴承。即，例如，在图9所示的圆柱滚子轴承10b中，也具备：内圈11和外圈12；多个滚子13，其被滚动自如地配置在内圈11和外圈12的滚道面11a、12a之间；以及保持架14，其将多个滚子13沿圆周方向以预定的间隔保持。另外，在图9中，只在内圈11的一侧端部设置有锷部11c，但是锷部也可以设置在内圈11的两端部。
即使在这种圆柱滚子轴承中，在滚子13的滚动面13a和内圈11的滚道面11a两者形成的凸面也可以与上述的圆锥滚子轴承同样构成，且能够起到与该圆锥滚子轴承同样的效果。
即，本发明的圆柱滚子轴承，具备内圈和外圈以及滚动自如地配置在所述内圈和所述外圈的滚道面间的滚子，在所述内圈的一侧端部或者两端部设置有锷部，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面都形成有凸面，在该圆柱滚子轴承中，至少在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的一侧端部，所述内圈的滚道面的凸面下降量比所述滚子的滚动面的凸面下降量小。
另外，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的范围内中的各所述母线方向上的至少2个位置，所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的凸面的总和为下述式(i)的对数凸面。
[数学式3]
其中，
δ：接触两物体(滚子和内圈滚道面)的母线方向位置X处的凸面下降量的总和
w：接触荷载
Le：母线方向上的有效接触长度
E1、E2：接触两物体(滚子和内圈)的弹性模量
ν1、ν2：接触两物体(滚子和内圈)的泊松比
b：赫兹接触宽度的1/2
由此，利用滚子的滚动面和内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的凸面下降量的总和来实现对数凸面，另一方面，将由于存在锷部而不能使磨石靠近滚道面的端部的内圈的凸面下降量设置成比滚子的凸面下降量小，从而能够抑制设备改造、周期时间增加所导致的成本上升，能够容易对滚子的滚动面和内圈的滚道面进行精加工。
另外，对于本发明的圆柱滚子轴承，与上述实施方式的圆锥滚子轴承同样，所述滚子、所述内圈以及所述外圈中的至少一者的凸面的中央部可以是直线形状。
而且，对于本发明的圆柱滚子轴承，与第1实施方式的圆锥滚子轴承同样，所述外圈的滚道面的凸面下降量可以设置成比所述内圈的滚道面的凸面下降量小。
另外，在本发明的圆柱滚子轴承中，内圈的滚道面的凸面形状与第1和第2实施方式的圆锥滚子轴承相同，可以是单一圆弧凸面或对数凸面。
本申请基于2017年4月12日申请的日本专利申请2017-79212，其内容作为参照并入此处。

Claims (4)

1.一种圆锥滚子轴承，其特征在于，具备：内圈和外圈，以及滚子，所述滚子被滚动自如地配置在所述内圈和所述外圈的滚道面间，在所述内圈的一侧端部或两端部设置有锷部，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面都形成有凸面，
至少在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的一侧端部，所述内圈的滚道面的凸面下降量比所述滚子的滚动面的凸面下降量小。
2.如权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，在所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的母线方向上的有效接触长度Le的范围内中的各所述母线方向上的至少2个位置，所述滚子的滚动面和所述内圈的滚道面的凸面的总和为下述式(i)的对数凸面，
[数学式1]
其中，
δ：接触两物体(滚子和内圈滚道面)的母线方向位置X处的凸面下降量的总和
w：接触荷载
Le：母线方向上的有效接触长度
E1、E2：接触两物体(滚子和内圈)的弹性模量
ν1、ν2：接触两物体(滚子和内圈)的泊松比
b：赫兹接触宽度的1/2。
3.如权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，
所述滚子、所述内圈以及所述外圈中的至少一者的凸面的中央部是直线形状。
4.如权利要求1～3中任一项所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，
所述外圈的滚道面的凸面下降量比所述内圈的滚道面的凸面下降量小。
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