CN1942683A - 圆锥滚子轴承、圆锥滚子轴承装置、及采用了它的车辆用小齿轮轴支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过使滚子填充率处于0.7～0.92的范围，而且相对于滚子直径的滚子长度处于1.1～1.7的范围，来降低油的搅拌阻力及滚动粘性阻力，从而降低转矩。另外，通过实施如下的凸面加工，来降低滚动粘性阻力，并降低转矩，即：在将外圈凸面加工半径设为RCO、将滚道长度设为LRO、将内圈凸面加工半径设为RCI、将滚道长度设为LRI时，外圈凸面加工参数(＝RCO/LRO)为30～150，并且内圈凸面加工参数(＝RCI/LRI)为50～260。

Description

圆锥滚子轴承、圆锥滚子轴承装置、及 采用了它的车辆用小齿轮轴支撑装置

技术领域

本发明涉及一种在汽车或产业机械的差动齿轮装置等中所使用的圆锥滚子轴承。

背景技术

圆锥滚子轴承由于与球轴承相比，具有高负载能力、高刚性这样的特性，因此被用于需要这种特性的汽车的差动齿轮装置或驱动桥装置等车辆用小齿轮轴支撑装置中。但是，由于还有转矩(损失)大的缺点，因此提出过对内外圈的滚道面或圆锥滚子的滚动面实施凸面加工而减少滚动摩擦的方案(例如参照JP特开2003-130059号公报及JP特开2001-65574号公报。)。

上述以往例中，通过规定滚道面或滚动面的凸面加工的形状来实现了圆锥滚子轴承的性能提高。但是，尚未进行过如下尝试，即：着眼于将凸面加工量化，且通过规定该凸面加工量，来减少圆锥滚子轴承的转矩。另一方面，虽然差动齿轮装置等中的圆锥滚子轴承的转矩的主要因素为圆锥滚子的滚动粘性阻力及油的搅拌阻力，然而如何减少它们的对策尚不清楚。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而成的，其目的在于，考虑多方面的因素，有效地减少圆锥滚子轴承的转矩。

本发明的圆锥滚子轴承，具备外圈、内圈、夹设于它们之间的多个圆锥滚子、以及该圆锥滚子的保持器，其特征是：当将滚子数目设为z、将滚子有效长度设为LWR、将滚子平均直径设为DW、将滚子PCD设为dm时，

以z·DW/(π·dm)表示的滚子填充率处于0.7～0.92的范围，而且以LWR/DW表示的相对于滚子直径的滚子长度处于1.1～1.7的范围，并且在将上述外圈的凸面加工半径设为RCO、将滚道长度设为LRO、将上述内圈的凸面加工半径设为RCI、将滚道长度设为LRI时，外圈凸面加工参数(＝RCO/LRO)为30～150，并且内圈凸面加工参数(＝RCI/LRI)为50～260。

在这种圆锥滚子轴承中，通过在将滚子填充率维持在较小的范围中的同时，缩小滚子长度/滚子直径，可以减少油的搅拌阻力及滚动粘性阻力。另外，利用上述的凸面加工参数的设定，可以减少滚动粘性阻力。从而，可以有效地减少转矩。

另外，本发明的圆锥滚子轴承，具备外圈、内圈、夹设于它们之间的多个圆锥滚子、以及该圆锥滚子的保持器，其特征是：当将滚子数目设为z、将滚子有效长度设为LWR、将滚子平均直径设为DW、将滚子PCD设为dm时，

以z·DW/(π·dm)表示的滚子填充率处于0.7～0.92的范围，而且以LWR/DW表示的相对于滚子直径的滚子长度处于1.1～1.7的范围，并且对上述外圈及内圈的各滚道面及上述圆锥滚子的滚动面实施凸面加工，

全凸面加工量(＝外圈凸面加工量+内圈凸面加工量+滚子凸面加工量×2)在50μm以上。

外圈凸面加工率(＝外圈凸面加工量/全凸面加工量)在40％以上，

滚子凸面加工率(＝(滚子凸面加工量×2)/全凸面加工量)在20％以下。

在这种圆锥滚子轴承中，通过在将滚子填充率维持在较小的范围中的同时，缩小滚子长度/滚子直径，可以减少油的搅拌阻力及滚动粘性阻力。

另外，在上述圆锥滚子轴承中，当将内圈的内径设为d、将上述外圈的外径设为D时，也可以使滚子直径参数(2DW/(D-d))处于0.44～0.52的范围。

该场合下，由于与同尺寸的以往产品相比，滚子直径更大，因此轴承内部的自由空间体积增加，油更容易在轴承内部流过，可以减少搅拌阻力。

另外，也可以构成在上述圆锥滚子轴承的内外圈间的轴向一端侧设置有抑制油的流入的油流入抑制机构的圆锥滚子轴承装置。该油流入抑制机构也可以如下形成，即：在保持器的小径侧端部，形成从靠近外圈的位置开始沿径向方向延伸的环状部，且使其内周侧端部与上述内圈靠近，从而在与该内圈之间构成迷宫式密封。另外，也可以通过将不构成圆锥滚子轴承的其他构件作为油流入抑制机构来设置，而构成圆锥滚子轴承装置。例如，也可以在轴承套上设置迷宫。

该场合下，抑制油向轴承内部的流入，减少滚动粘性阻力或油的搅拌阻力。由此减少转矩。

另外，在上述圆锥滚子轴承中，也可以将外圈接触角设为25度～30度的范围。

该场合下，由于泵作用增大，促进油的排出，因此减少油的搅拌阻力。由此减少转矩。

另外，在上述圆锥滚子轴承中，也可以将内圈凸面加工率(＝内圈凸面加工量/全凸面加工量)设为10％以上。

该场合下，可以减少内圈滚道面与滚动面的接触面上的轴向两端部附近的接触负荷。由此，即使在所谓的边缘载荷(edge load)发生作用的场合下，也可以减少其作用，防止该轴承寿命的降低。

另外，本发明的车辆用小齿轮轴支撑装置是：在小齿轮轴的小齿轮侧及其相反一侧分别配置有圆锥滚子轴承，且在小齿轮侧设置有具有油流入抑制机构的圆锥滚子轴承装置。

在这种车辆用小齿轮轴支撑装置中，可以利用油流入抑制机构(例如迷宫式密封)来抑制油容易流入的头侧的圆锥滚子轴承中的油的流入，且减少转矩。

附图说明

图1是涉及本发明一个实施方式的头侧的圆锥滚子轴承的轴向剖视图。

图2是涉及本发明一个实施方式的尾侧的圆锥滚子轴承的轴向剖视图。

图3是表示内圈的轮廓及凸面加工(复合凸面加工的场合)的形状的图。

图4是典型地表示内圈的滚道面实施的凸面加工(复合凸面加工的场合)的形状的图。

图5是表示内圈的轮廓及凸面加工(完全凸面加工的场合)的形状的图。

图6是典型地表示对内圈的滚道面实施的凸面加工(完全凸面加工的场合)的形状的图。

图7是表示圆锥滚子的截面上半部分的轮廓及凸面加工的形状的图。

图8是典型地表示对圆锥滚子的滚动面实施的凸面加工的形状的图。

图9是表示外圈的轮廓及凸面加工的形状的图。

图10是典型地表示对外圈的滚道面实施的凸面加工的形状的图。

图11是表示了全凸面加工量与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。

图12是表示了外圈凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。

图13是表示了凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。

图14是表示了内圈凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。

图15是表示相对于头侧处转速的转矩的变化的曲线图(实施例1、2、比较例1)。

图16是表示相对于尾侧处转速的转矩的变化的曲线图(实施例1、2、比较例1)。

图17是表示相对于转速的转矩的变化的曲线图(实施例3、比较例2)。

图18是表示相对于转速的转矩的变化的曲线图(实施例4、比较例3)。

图19是差动齿轮装置的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图并对本发明的优选实施方式进行说明。图19是采用了本实施方式的圆锥滚子轴承的、作为车辆用小齿轮轴支撑装置的汽车的差动齿轮装置100的剖视图。该差动齿轮装置100在外壳110内具备由未图示的驱动轴旋转驱动的小齿轮轴120、及差动变速机构130。在小齿轮轴120的前端设置小齿轮121，其与差动变速机构130的内齿轮131咬合。小齿轮轴120由小齿轮121侧(以下称作头侧。)的圆锥滚子轴承1H、和其相反一侧(以下称作尾侧。)的圆锥滚子轴承1T相对于外壳110自由旋转地被支撑。另外，在外壳110上，形成有用于向一对圆锥滚子轴承1H、1T之间如图中箭头所示那样导入油而润滑该轴承的滚道面的润滑油供给路111。

这里，对上述差动齿轮装置100的润滑动作进行说明。在外壳110的底部贮存有用于润滑差动齿轮装置100的内部整体的润滑油(未图示)。差动变速机构130的内齿轮131，在车辆为前进驱动的状态下被沿图中的箭头所示的方向旋转驱动，且利用该内齿轮131的旋转，将贮存于外壳110的底部的润滑油向上方溅起。所溅起的润滑油穿过润滑油供给路111，被导向一对圆锥滚子轴承1H、1T间，且向该轴承内供给。穿过了头侧的圆锥滚子轴承1H内的润滑油返回到外壳110的底部。另外，穿过了尾侧的圆锥滚子轴承1T内的润滑油，穿过未图示的回流路而返回到外壳110的底部。这样，油在差动齿轮装置100的内部循环。

图1及图2分别为头侧的圆锥滚子轴承1H及尾侧的圆锥滚子轴承1T的轴向剖视图。各图中，圆锥滚子轴承1H、1T具备：在外周形成有由圆锥面构成的内圈滚道面11的内圈10；在内周形成有由圆锥面构成的外圈滚道面21的外圈20；夹设于内外圈间，且在外周形成有由圆锥面构成的滚动面31的自由滚动的多个圆锥滚子30；将这些圆锥滚子30在周向上以规定间隔保持的保持器40。

另外，圆锥滚子轴承1H、1T中，在内圈10的大径侧(图的右方)及小径侧(图的左方)，分别形成有限制圆锥滚子30的沿轴向的移动的大径锷部12及小径锷部13。另外，在图1所示的头侧的圆锥滚子轴承1H中，在从小径锷部13到内圈10左端的部分上，形成有外径小于小径锷部13的圆筒状部14。另一方面，在保持器40的小径侧(图的左方)端部，形成有从靠近外圈20的位置开始向径向内侧延伸的环状部41。该环状部41的内周侧端部靠近内圈10的圆筒状部14的外周面及小径锷部13的侧面，由此构成迷宫式密封S。通过像这样在保持器40和内圈10之间构成有迷宫式密封S，可以抑制油从图的左侧向轴承内部流入的情况。而且，在尾侧的圆锥滚子轴承1T上，未设置有这种迷宫式密封。

假设，在头侧的圆锥滚子轴承1H上未设置有如上所述的迷宫式密封S，则大量的油会从正面侧(图19中的圆锥滚子轴承1H的左侧)及背面侧(相同的右侧)向该圆锥滚子轴承1H供给，且对于流入的油的量而言，头侧的圆锥滚子轴承1H的一方多于尾侧的圆锥滚子轴承1T。从而，在头侧的圆锥滚子轴承1H中，油的搅拌阻力变大。另一方面，尾侧的圆锥滚子轴承1T，在低温起动时很难被供给油，由此会有容易发热胶着的问题。

为此，在头侧的圆锥滚子轴承1H上设置上述迷宫式密封S，抑制油的流入，并减小该圆锥滚子轴承1H的油的搅拌阻力，并将没有迷宫式密封S原本流入到头侧的圆锥滚子轴承1H的油的一部分，向尾侧的圆锥滚子轴承1T供给。由此，可以提高尾侧的圆锥滚子轴承1T的润滑，且难以发生发热胶着。而且，在油向尾侧的圆锥滚子轴承1T的供给程度过度时，只要在该圆锥滚子轴承1T上也设置适度的迷宫式密封即可。

下面，对具体的设计方案进行说明。

要减小圆锥滚子轴承1H、1T的转矩，有效的做法是减小油的搅拌阻力及滚动粘性阻力。首先，为减小搅拌阻力，只要将流入到轴承内部的油快速地排出即可。为此，设置促进油的流出的机构。具体来说，减小圆锥滚子的填充率，确保圆锥滚子间的周向间隙很大。但是，由于如果减小填充率则负载能力会降低，因此为了弥补这一点，增大滚子直径(平均直径)。另外，通过缩短滚子的长度，实现与油接触的面积的减少。此外，增大外圈接触角而促进泵作用。另一方面，由于认为抑制油的流入本身有助于搅拌阻力的减小，因此至少在头侧的圆锥滚子轴承1H上，作为流入抑制机构如上所述地设置迷宫式密封S。

另外，由于减小上述的填充率、及增大滚子直径而缩短长度(即使其短粗化)都会导致滚动面积的削减，因此可以期待滚动粘性阻力的降低。此外，可以认为通过对滚道面或滚动面实施凸面加工，减小滚动粘性阻力。

此外，虽然作为车辆用小齿轮轴支撑装置的一个例子对差动齿轮装置进行了说明，但对于同样作为小齿轮轴支撑的驱动桥装置的场合，也是相同的构成。

这里，对于一般的凸面加工的观点，以内圈为例进行说明。图3是将对内圈滚道面11实施了凸面加工的内圈10的轴向的截面上的轮廓，夸大表示凸面加工的图。图中，对于与圆锥滚子30(图1、图2)的滚动面31(图1、图2)滚动接触的内圈滚道面11，实施有略微向径向外侧突出的凸面加工。该凸面加工是以圆弧作为上底的梯形形状的复合凸面加工。

以下，对内圈10的凸面加工量(以下也称作内圈凸面加工量。)的算出方法进行说明。图3中，当将内圈10的在轴向上的内圈滚道面11的宽度设为SK、将内圈滚道面11的锥角设为β、将内圈滚道面1的两端部所形成的图示的倒角尺寸设为L1、L2时，滚道长度LRI可以由下述计算式(1)得到。

LRI＝SK/cosβ-(L1+L2)       …(1)

这里，将LRI’＝0.6LRI的长度LRI’从滚道长度LRI的中间点起如图所示地截取，将与LRI’的尺寸两端对应的内圈滚道面11上的点设为A’及B’。而且，该场合下的A’、B’虽然处于比圆弧的端点Ae、Be更内侧，但A’、B’也可以分别与圆弧的端点Ae、Be一致。

图4是典型地表示了图3所示的内圈滚道面11的滚道长度LRI的端点A和端点B之间的凸面加工的截面形状的图。图4中，通过长度LRI’上的凸面加工的弦G’的中点C2’和凸面加工的圆弧中心O直线M与弦G’正交，且通过长度LRI’上的凸面加工圆弧中心点C1。此外，将从该凸面加工圆弧中心点C1起到滚道长度LRI上的凸面加工的弦G的中点C2为止的距离设为内圈凸面加工量CRI。

而且，内圈凸面加工的形状不仅可以是如图4所示的以圆弧为上底的梯形形状，还可以是除了单一的圆弧形状以外，由多个圆弧形成的形状、对数凸面加工、椭圆凸面加工等各种凸面加工形状，在这些所有的凸面加工形状中，可以适用上述的凸面加工量的观点。

另外，上述凸面加工的观点或凸面加工量的定义对于滚子及外圈也可以同样地适用。

而且，将在滚道长度(滚动面长度)的范围中将多个形状组合而成的凸面加工称作复合凸面加工，将在滚道长度的范围中由单一的圆弧形状构成的凸面加工称作完全凸面加工。

下面，对完全凸面加工的场合的凸面加工的观点、和基于它的凸面加工量的观点进行说明。

图5是将对内圈滚道面11实施了完全凸面加工的内圈10的轴向截面上的轮廓，夸大表示凸面加工的图。图中，滚道长度LRI与图3的场合下的计算式(1)相同。

LRI＝SK/cosβ-(L1+L2)

另一方面，图6是典型地表示了图5所示的内圈滚道面11的滚道长度LRI的端点A和端点B之间的凸面加工的截面形状的图。图6中，通过滚道长度LRI上的凸面加工的弦G的中点C2和凸面加工的圆弧中心O的直线M与弦G正交，且穿过滚道长度LRI上的凸面加工圆弧中心点C1。

本发明人等将该凸面加工圆弧中心点C1与中点C2的距离设为内圈凸面加工量CRI。即，当如图所示将凸面加工圆弧的半径设为RCI时，内圈凸面加工量CRI可以由下述计算式(2)求得。

CRI＝RCI-{RCI²-(LRI/2)²}^1/2      …(2)

图7是表示圆锥滚子30的轴向截面上的上半部分的轮廓的图。图7中，在圆锥滚子30的外周面上，设有近似直线状的滚动面31、从滚动面31的轴向两端平滑地下降而形成的倒角部32a、33a。倒角部32a、33a形成为相对于圆锥滚子30的小径侧端面32及大径侧端面33平滑地连续。对于看起来为直线状的滚动面31实施有略微向外径方向突出的凸面加工。图8是典型地仅表示图7中的滚动面31的滚子有效长度LWR的端点A与端点B之间的凸面加工形状的图。

本发明人等将圆锥滚子30的凸面加工量(以下也称作滚子凸面加工量。)规定为由滚动面31的滚子有效长度LWR确定的凸面加工的圆弧中心点与其弦之间的距离。以下，对滚子加工量的算出方法进行说明。

图7中，当将圆锥滚子30的在中心轴方向上的滚动面31的宽度设为L、将滚动面31的锥角设为γ、将在滚动面31的两端部所形成的倒角部32a、33a的曲面的图示的尺寸设为S1、S2时，上述的滚子有效长度LWR可以由下述计算式(3)得到。

LWR＝L/cos(γ/2)-(S1+S2)       …(3)

上述计算式(3)中的S1、S2根据轴承的尺寸而确定为一定的宽度。

图8中，通过滚子有效长度LWR上的凸面加工的弦G的中点C2和凸面加工的圆弧中心O的直线M与弦G正交，且通过滚子有效长度LWR

上的凸面加工圆弧中心点C1。

本发明人等将该凸面加工圆弧中心点C1与中点C2的距离设为滚子凸面加工量CR。即，当如图所示地将凸面加工圆弧的半径设为RC时，滚子凸面加工量CR可以由下述计算式(4)求得。

CR＝RC-{RC²-(LWR/2)²}^1/2      …(4)

此外，图9是将对外圈滚道面21实施了完全凸面加工的外圈20的轴向截面上的轮廓，夸大表示凸面加工的图。图9中，在外圈20的内周面上，设有与圆锥滚子30的滚动面31滚动接触的外圈滚道面21。对该外圈滚道面21实施有向径向内侧突出的完全凸面加工。另外，从外圈滚道面21的两端部朝向外圈22的轴端面，分别设有倒角部22a、23a。这些倒角22a、23a形成为相对于外圈20的小内径侧端面22及大内径侧端面23平滑地连续。

本发明人等将外圈20的凸面加工量(以下也称作外圈凸面加工量。)规定为由外圈滚道面21的滚道长度LRO确定的凸面加工的圆弧中心点与其弦之间的距离即CRO。以下，对外圈凸面加工量CRO的算出方法进行说明。

图9中，当将外圈20的在轴向上的外圈滚道面21的宽度设为SB、将外圈滚道面21的锥角设为α、将在外圈滚道面21的两端部所形成的倒角部22a、23a的曲面的图示的尺寸设为C7、CL0时，上述的滚道长度LRO可以由下述计算式(5)得到。

LRO＝SB/cosα-(C7+CL0)      …(5)

而且，上述计算式5)中，C7、CL0根据轴承的尺寸而确定为一定的值。

另一方面，图10是典型地表示了图9所示的外圈滚道面21的滚道长度LRO的端点A与端点B之间的凸面加工的截面形状的图。图10中，通过滚道长度LRO上的凸面加工的弦G的中点C2和凸面加工的圆弧中心O的直线M与弦G正交，且通过滚道长度LRO上的凸面加工圆弧中心点C1。

本发明人等将该凸面加工圆弧中心点C1与中点C2之间的距离设为外圈凸面加工量CRO。即，当如图所示将凸面加工圆弧的半径设为RCO时，外圈凸面加工量CRO可以由下述计算式(6)求得。

CRO＝RCO-{RCO²-(LRO/2)²}^1/2      …(6)

如上所述，可以求得实施了完全凸面加工时的圆锥滚子及内外圈的凸面加工量。

而且，对于实施了完全凸面加工的圆锥滚子30及内外圈10、20而言，当然可以基于上述的一般的凸面加工的观点来算出凸面加工量。即，只要与图3中求得长度LRI’的方式相同地，圆锥滚子30的场合下，导出相对于LWR的LWR’，另外，外圈20的场合下，导出相对于LRO的LRO’，在求得圆弧中心点后求出凸面加工量即可。像这样基于一般的凸面加工量的观点来求出的凸面加工量，与基于完全凸面加工量的观点(图3、图4)求得的值大致一致。

然后，由如上所述地求得的外圈20的凸面加工半径RCO、滚道长度LRO，将(RCO/LRO)定义为外圈凸面加工参数。另外，由内圈10的凸面加工半径RCI、滚道长度LRI，将(RCI/LRI)定义为内圈凸面加工参数。

此外，本发明人等根据上述的滚子凸面加工量、内圈凸面加工量、外圈凸面加工量，且基于下述计算式(7)、(8)、(9)、(10)，算出了全部凸面加工量、外圈凸面加工率、滚子凸面加工率、内圈凸面加工率。

全凸面加工量＝外圈凸面加工量+内圈凸面加工量+滚子凸面加工量×2       …(7)

外圈凸面加工率＝外圈凸面加工量/全凸面加工量      …(8)

滚子凸面加工率＝滚子凸面加工量×2)/全凸面加工量  …(9)

内圈凸面加工率＝内圈凸面加工量/全凸面加工量      …(10)

然后，说明本发明人等利用实验测定了基于本发明实施方式的圆锥滚子轴承的转矩，并对上述凸面加工参数、全凸面加工量及各凸面加工率之间的关系进行验证的结果。

首先，作为圆锥滚子轴承的转矩的测定方法，例如采用轴承试验装置，将作为实施例品的圆锥滚子轴承设置于试验装置中后，使内外圈的一方旋转，测定了作用于内外圈的另一方上的转矩。作为试验条件，采用上述实施方式中所示构成的圆锥滚子轴承(JIS30306对应品)，润滑油采用差动齿轮装置用齿轮油，作为模拟的预压负荷提供轴向载荷4kN，且在转速300[r/min]、2000[r/min]两种转速下进行。

另外，作为试验时的润滑条件，在转速为300[r/min]时，仅在试验前适量涂布常温的润滑油，以后不再供给油，来进行了试验。另一方面，在转速为2000[r/min]时，在每分钟0.5升循环供给油温323K(50℃)的润滑油的同时进行了试验。将润滑油的供给方法根据转速而设为不同的方法是为了：仅供给各个转速下所需的最小限度的润滑油量，且尽可能消除在润滑油过多地供给的场合下产生的润滑油的搅拌阻力的影响，抽除由滚动摩擦造成的转矩。对于用于本试验的上述圆锥滚子轴承而言，准备其全凸面加工量及各凸面加工率被设定为各种不同的值的实施例品，且对各个实施例品测定转矩，并掌握全凸面加工量及各凸面加工率与转矩的关系，确定了使转矩减少的值的范围。

图11是表示了全凸面加工量与测定的圆锥滚子轴承的转矩比(转矩/规定值)之间的关系的分布图。从该图中可以清楚地看到：在全凸面加工量小于50μm的场合下，转矩比在较宽范围内分散，但随着全凸面加工量增加，分散的转矩比之中的最大值显示出逐渐降低的倾向。此外判明：当全凸面加工量在50μm以上时，转矩比与全凸面加工量小于50μm的场合相比，在更低值的范围内稳定地分布。而且，当全凸面加工量大于100μm时，滚子的运动状态变得不稳定，转矩增加。所以，全凸面加工量优选为100μm以下。

此外，图12是表示了外圈凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。从该图中可以清楚地看到：在外圈凸面加工率小于40％的场合下，随着外圈凸面加工率增加，转矩比中的最大值显示出逐渐降低的倾向。此外判明，在外圈凸面加工率为40％以上的场合下，转矩比与外圈凸面加工率小于40％的场合相比，在更低值的范围内稳定地分布。而且，当外圈凸面加工率大于85％时，在内圈与滚子之间作用有边缘载荷的场合下导致寿命降低。从而，外圈凸面加工率优选为85％以下。

图13是表示了滚子凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。从该图中可以清楚地看到：在滚子凸面加工率大于20％的场合下，随着滚子凸面加工率减少，转矩值中的最大值显示出逐渐降低的倾向。此外判明，在滚子凸面加工率为20％以下的场合下，转矩值与滚子凸面加工率大于20％的场合相比，在更低值的范围内稳定地分布。而且，当滚子凸面加工率小于5％时，会导致由接触面积增加造成的转矩的增加、由边缘载荷的产生造成的寿命降低。从而，滚子凸面加工率优选为5％以上。

图14是表示了内圈凸面加工率与圆锥滚子轴承的转矩比之间的关系的分布图。从该图中可以清楚地看到：相对于内圈凸面加工率的变化，转矩比在大致一定的范围内稳定。即，没有认定内圈凸面加工率相对于圆锥滚子轴承的转矩比，存在显著的相关。但是，对于内圈凸面加工率而言，通过将其设定为10％以上，可以减少与内圈滚道面11、滚动面31的接触面上的轴向两端部附近的接触载荷。由此，即使在作用有边缘载荷的场合下，也可以减少其作用，防止该轴承寿命的降低。而且，当使内圈凸面加工率设为大于55％时，根据与全凸面加工量的关系，会减小外圈凸面加工率，且转矩增加。从而，内圈凸面加工率优选为55％以下。

如上所示，对于圆锥滚子轴承的转矩比即转矩、与全凸面加工量及各凸面加工率的关系进行实验性测定并检验的结果得到了如下的见解，即：作为凸面加工量，通过满足全凸面加工量在50μm以上、外圈凸面加工率在40％以上、滚子凸面加工率在20％以下的条件，可以减小圆锥滚子轴承的转矩。

下面，将设定了具体的数值的圆锥滚子轴承的实施例1、2(分别为头侧及尾侧)及比较例1(头侧及尾侧)的数据示于表1中。关于凸面加工，在表中所示的凸面加工量·率的范围内，实施例1中满足前述的条件(全凸面加工量在50μm以上，外圈凸面加工率在40％以上，滚子凸面加工率在20％以下)。另一方面，将比较例1设定为不满足该条件的凸面加工的数值范围。此外，将涉及头侧的实施例3及比较例2、涉及尾侧的实施例4及比较例3的数据分别示于表2中。而且，表1、2中的表示长度的数值的单位为mm。

另外，在表1及2中，实施例1是内外圈都被实施了完全凸面加工(滚道面的截面形状仅为圆弧)的例子，其他的实施例及比较例是仅对外圈实施了完全凸面加工，而对内圈实施了复合凸面加工(以圆弧作为上底的梯形形状)。

[表1]

	实施例1		实施例2		比较例1
							头侧	尾侧	头侧	尾侧	头侧	尾侧
	内径：d[mm]	45	40	45	40	45							40
外径：D[mm]							108	90	108	90	115	92
	组宽度：T[mm]	32.5	25.25	32.5	25.25	45							32.75
接触角：α[度]							28.811	28.811	28.811	20.000	20.000	20.000
	滚子填充率：z·DW/(π·dm)	0.87	0.74	0.91	0.91	0.88							0.85
滚子长度/直径：LWR/DW							1.28	1.25	1.34	1.30	2.55	2.15
	滚子直径参数：2DW/(D-d)	0.51	0.47	0.49	0.47	0.37							0.41
外圈凸面加工参数：RCO/LRO							56	36	130	100	565	404
	内圈凸面加工参数：RCI/LRI	92	62	254	179	761							516
全凸面加工量[mm]							0.081	0.090	0.056	0.059	0.025	0.025
	外圈凸面加工率	64％	67％	40％	43％	31％							31％
内圈凸面加工率							31％	29％	53％	51％	44％	45％
	滚子凸面加工率	5％	4％	7％	7％	24％							24％
外圈滚道长度：LRO[mm]							23.067	17.602	23.067	19.984	35.382	24.740
	内圈滚道长度：LRI[mm]	18.727	12.947	19.051	13.679	31.373							21.378
滚子有效长度：LWR[mm]							20.500	14.703	20.815	15.258	32.771	22.789
	油流入抑制机构(迷宫构造)	有	有	有	无	无							无
内圈凸面加工种类							完全	完全	复合	复合	复合	复合

[表2]

	实施例3	比较例2	实施例4	比较例3
					头侧	头侧	尾侧	尾侧
	内径：d[mm]	35	35	33.338					33.338
外径：D[mm]					89	89	68.263	68.263
	组宽度：T[mm]	38	38	22.225					22.225
接触角：α[度]					25.000	22.500	25.000	20.000
	滚子填充率：z·DW/(π·dm)	0.87	0.85	0.83					0.83
滚子长度/直径：LWR/DW					1.67	2.38	1.48	2.07
	滚子直径参数：2DW/(D-d)	0.46	0.41	0.44					0.42
外圈凸面加工参数：RCO/LRO					88	247	147	342
	内圈凸面加工参数：RCI/LRI	114	608	238					330
全凸面加工量[mm]					0.066	0.031	0.027	0.023
	外圈凸面加工率	48％	46％	43％					27％
内圈凸面加工率					45％	35％	41％	47％
	滚子凸面加工率	6％	19％	15％					26％
外圈滚道长度：LRO[mm]					22.694	28.366	13.580	16.984
	内圈滚道长度：LRI[mm]	19.048	25.049	10.128					13.833
滚子有效长度：LWR[mm]					20.511	26.263	11.499	15.128
	油流入抑制机构(迷宫构造)	有	无	无					无
内圈凸面加工种类					复合	复合	复合	复合

另外，对于表1的实施例1、2及比较例1，将测定转矩的结果表示于图15、图16中。图15是针对头侧的圆锥滚子轴承的曲线图，图16是针对尾侧的圆锥滚子轴承的曲线图。作为转矩测定条件，轴向载荷为4kN，转速为250～4000[r/min]，润滑油为齿轮油75W-90，油温为50℃，油量为以使轴承背面侧被油完全充满的方式供给。

另外，对于表2的实施例3及比较例2，将测定转矩的结果表示于图17中。

另外，对于表2的实施例4及比较例3，将测定转矩的结果表示于图18中。

根据图15、16，对于头侧的转矩而言，在整个250～4000[r/min]的转速范围内，与比较例1相比，实施例1、2中明显降低。另外，对于尾侧的转矩，与比较例1相比，实施例1、2中也降低，特别是设置有油流入抑制机构的实施例1中明显降低。

另外，图17中，对于头侧的转矩而言，在整个500～3000[r/min]的转速范围内，与比较例2相比，实施例3中也明显降低。

另外，图18中，对于尾侧的转矩而言，在整个500～3000[r/min]的转速范围内，与比较例3相比，实施例4中也显著降低。

如上所示，在实施例1～4的全部中，与比较例相比，可以实现转矩的降低。所以，当针对表1及表2的数据当中的规定的项目来比较实施例与比较例的数值范围时，则如以下的表3所示。

[表3]

	实施例1～4	比较例1、2、3
			滚子填充率：z·DW/(π·dm)	0.74～0.91	0.83～0.88
滚子长度/直径：LWR/DW	1.25～1.67	2.07～2.55
			滚子直径参数：2DW/(D-d)	0.44～0.51	0.37～0.42
外圈凸面加工参数：RCO/LRO	36～147	177～565
			内圈凸面加工参数：RCI/LRI	62～254	330～761

根掘表3，对于滚子长度/直径、滚子直径参数、外圈凸面加工参数及内圈凸面加工参数而言，可以清楚地看出实施例与比较例的数值差。特别是，对于滚子长度/直径、外圈凸面加工参数及内圈凸面加工参数而言，实施例与比较例的差很明显，说明是对于转矩减少的支配性的因素。可以解释为，利用对其中的凸面加工参数的上述数值范围的设定，降低滚动粘性阻力。从而，从与如前所述地规定全凸面加工量、外圈凸面加工率及滚子凸面加工率的做法不同的视点出发，即，通过用外圈凸面加工参数及内圈凸面加工参数来规定凸面加工，可以降低滚动粘性阻力，实现由此带来的转矩的降低。

但是，关于上述凸面加工参数，考虑到上述数值范围的上下若干的容许范围以及与比较例的数值差，可以理解如下的范围是为了实现转矩降低而应当设定的范围，即：外圈凸面加工参数(RCO/LRO)为30～150，内圈凸面加工参数(RCI/LRI)为50～260。

另一方面，在表3中，关于滚子填充率，实施例的数值范围包含比较例的数值范围，在两者中虽然没有显著的差别，然而一般来说很明显增大填充率会导致转矩的增大。但是，填充率与负载能力也有关系，并非简单地减小即可，而是与滚子长度/直径有密切的关系。从而可以理解为：在将滚子填充率维持在尽可能小的范围中的同时减小滚子长度/直径的做法，会带来转矩(由油的搅拌阻力及滚动粘性阻力引起的转矩)的降低效果。

具体来说，滚子填充率(z·DW/(π·dm))作为包含表3的实施例的数值范围的范围，优选设为0.7～0.92。将下限设为0.7是因为，当小于它时，轴承的负载能力或刚性就会不足。另外，将上限设为0.92是因为，如果大于它，则泵作用不足，油的排出效果降低，油的搅拌阻力和滚动粘性阻力无法充分地降低。

另外，滚子长度/滚子直径(LWR/DW)作为包含表3的实施例的数值范围的范围，优选设为1.1～1.7。将下限设为1.1是因为，如果小于它，则滚子直径变大，滚动粘性阻力变大。将上限设为1.7是因为，如果大于它，则滚子直径变小，负载能力变小。

另一方面，关于滚子直径参数(2DW/(D-d))，作为包含表3的实施例的数值范围的范围，优选设为0.44～0.52。将下限设为0.44是因为，当小于它时，轴承内部的自由空间体积减少，油难以流动，油的搅拌阻力的降低效果变得不充分。另外，将上限设为0.52是因为，当大于它时，滚子直径相对于轴承尺寸(内外圈直径)过大，轴承整体的形状平衡不理想，难以适用于一般机器中。

另外，对于满足由分布图(图11～图14)得知的前述的条件(全凸面加工量在50μm以上，外圈凸面加工率在40％以上，滚子凸面加工率在20％以下)的实施例1及2、和不满足条件的比较例1而言，根据在图15、图16中转矩产生明显的差别的事实，在这里也可以确认，通过满足该条件，最终可以降低转矩。

另外认为，利用迷宫来抑制油的流入也有助于转矩降低。另外还认为，将外圈接触角α增大到28.811度而实现对油的排出促进，也会对于转矩降低产生效果。而且，该外圈接触角α为在该值的前后的25度～30度时，可以期待相同的效果。

Claims (9)

1.一种圆锥滚子轴承，具备外圈、内圈、夹设于它们之间的多个圆锥滚子、以及该圆锥滚子的保持器，该圆锥滚子轴承的特征是，

当将滚子数目设为z、将滚子有效长度设为LWR、将滚子平均直径设为DW、将滚子PCD设为dm时，

以z·DW/(π·dm)表示的滚子填充率处于0.7～0.92的范围，而且以LWR/DW表示的相对于滚子直径的滚子长度处于1.1～1.7的范围，

并且，在将上述外圈的凸面加工半径设为RCO、将滚道长度设为LRO、将上述内圈的凸面加工半径设为RCI、将滚道长度设为LRI时，外圈凸面加工参数(＝RCO/LRO)为30～150，并且内圈凸面加工参数(＝RCI/LRI)为50～260。

2.一种圆锥滚子轴承，具备外圈、内圈、夹设于它们之间的多个圆锥滚子、以及该圆锥滚子的保持器，该圆锥滚子轴承的特征是，

当将滚子数目设为z、将滚子有效长度设为LWR、将滚子平均直径设为DW、将滚子PCD设为dm时，

以z·DW/(π·dm)表示的滚子填充率处于0.7～0.92的范围，而且以LWR/DW表示的相对于滚子直径的滚子长度处于1.1～1.7的范围，

并且，对上述外圈及内圈的各滚道面及上述圆锥滚子的滚动面实施凸面加工，

全凸面加工量(＝外圈凸面加工量+内圈凸面加工量+滚子凸面加工量×2)在50μm以上，

外圈凸面加工率(＝外圈凸面加工量/全凸面加工量)在40％以上，

滚子凸面加工率(＝(滚子凸面加工量×2)/全凸面加工量)在20％以下。

3.根据权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，当将上述内圈的内径设为d、将上述外圈的外径设为D时，滚子直径参数(2DW/(D-d))处于0.44～0.52的范围。

4.一种圆锥滚子轴承装置，其特征在于，在权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承的内外圈间的轴向一端侧，设置有抑制油的流入的油流入抑制机构。

5.根据权利要求4所述的圆锥滚子轴承装置，其特征在于，上述油流入抑制机构如下形成，即：在上述保持器的小径侧端部，形成从靠近上述外圈的位置开始沿径向内侧延伸的环状部，且使其内周侧端部与上述内圈靠近，从而在与该内圈之间构成迷宫式密封。

6.根据权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，外圈接触角为25度～30度的范围。

7.根据权利要求1或2所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，内圈凸面加工率(＝内圈凸面加工量/全凸面加工量)在10％以上。

8.一种车辆用小齿轮轴支撑装置，其特征在于，在小齿轮轴的小齿轮侧及其相反一侧分别配置有圆锥滚子轴承，且在小齿轮侧设有权利要求4所述的圆锥滚子轴承装置。

9.一种车辆用小齿轮轴支撑装置，其特征在于，在小齿轮轴的小齿轮侧及其相反一侧分别配置有圆锥滚子轴承，且在小齿轮侧设有权利要求5所述的圆锥滚子轴承装置。

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