DE102007052429A1 - Kegelrollenlager - Google Patents

Kegelrollenlager Download PDF

Info

Publication number
DE102007052429A1
DE102007052429A1 DE102007052429A DE102007052429A DE102007052429A1 DE 102007052429 A1 DE102007052429 A1 DE 102007052429A1 DE 102007052429 A DE102007052429 A DE 102007052429A DE 102007052429 A DE102007052429 A DE 102007052429A DE 102007052429 A1 DE102007052429 A1 DE 102007052429A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tapered roller
tapered
inner ring
larger
roller bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102007052429A
Other languages
English (en)
Inventor
Ueno Iwata Takashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Publication of DE102007052429A1 publication Critical patent/DE102007052429A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/225—Details of the ribs supporting the end of the rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/4605—Details of interaction of cage and race, e.g. retention or centring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/4617—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages
    • F16C33/4623—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages
    • F16C33/4635—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages made from plastic, e.g. injection moulded window cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6637—Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/664—Retaining the liquid in or near the bearing
    • F16C33/6651—Retaining the liquid in or near the bearing in recesses or cavities provided in retainers, races or rolling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/17—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/30—Angles, e.g. inclinations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/70—Diameters; Radii
    • F16C2240/80—Pitch circle diameters [PCD]
    • F16C2240/82—Degree of filling, i.e. sum of diameters of rolling elements in relation to PCD
    • F16C2240/84—Degree of filling, i.e. sum of diameters of rolling elements in relation to PCD with full complement of balls or rollers, i.e. sum of clearances less than diameter of one rolling element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/021—Shaft support structures, e.g. partition walls, bearing eyes, casing walls or covers with bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Ein Kegelrollenlager weist einen Innenring, einen Außenring, eine Vielzahl von drehbar zwischen dem Innen- und dem Außenring angeordneten Kegelrollen und einen Käfig auf, der die Kegelrollen entlang dem Umfang in vorherbestimmten Abständen hält, wobei ein Rollenkoeffizient gamma größer ist als 0,94, wobei mindestens eines der Elemente Innenring, Außenring und Kegelrollen eine mit Stickstoff angereicherte Schicht aufweist, und wobei eine Korngrößennummer von Austenitkörnern in der mit Stickstoff angereicherten Schicht in einem Bereich liegt, der größer ist als die Nummer 10.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager. Dieses Kegelrollenlager kann beispielsweise für ein Lager angewendet werden, das eine Kraftübertragungswelle, wie z.B. bei einem Differential oder einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, stützt.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Kegelrollenlager weist einen Innenring, der auf einer Außendurchmesserfläche mit einer Laufrille versehen ist, einen Außenring, der auf einer Innendurchmesserfläche mit einer Laufrille versehen ist, eine Vielzahl von Kegelrollen, die zwischen den Laufrillen des Innenrings und des Außenrings angeordnet sind, und einen Käfig, der diese Kegelrollen hält, auf. Der Käfig besitzt einen ringförmigen Bereich, der auf der Seite der Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle liegt, einen weiteren ringförmigen Bereich, der auf der Seite der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle liegt, und eine Vielzahl von Säulenbereichen, die diese ringförmigen Bereiche verbinden, wobei eine Tasche zur Aufnahme der Rolle zwischen benachbarten Säulenbereichen gebildet wird. In einem derartigen Käfig ist eine Kegelfläche auf beiden Seiten der Innendurchmesserfläche des Säulenbereichs vorgesehen, die mit einer Wälzfläche der Rolle in Kontakt steht, damit auf der Wälzfläche der Rolle keine Kontaktspuren entstehen. Bisher wurde eine Länge L dieser Kegelfläche in Richtung der Breite typischerweise auf 11 bis 20% des durchschnittlichen Durchmessers D der Rollen festgelegt.
  • Ein Kegelrollenlager, das eine Kraftübertragungswelle, wie z.B. ein Differential oder ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs stützt, wird in einem Zustand verwendet, in dem ein Teil desselben in einem Ölbad versenkt ist. Wenn sich das Lager dreht, wird ein Tauchschmierzustand hergestellt, wobei das Öl des Ölbads als Schmiermittel dient. Bei einem Kegelrollenlager, das in einem derartigen Tauchschmierzustand verwendet werden soll, wird die Schmierung zwischen der Wälzfläche der Rolle und der Kegelfläche der Innendurchmesserfläche des Säulenbereichs des Käfigs ebenso mit einem Schmiermittel hergestellt, das in einen Keilraum eintritt, welcher durch diese Flächen definiert wird. (Siehe beispielsweise ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H09-096352 , ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H11-210765 und ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-343552 .
  • Bei einem herkömmlichen Kegelrollenlager, bei dem die Länge L der Kegelfläche des Säulenbereichs des Käfigs auf 11 bis 20% des durchschnittlichen Durchmessers D der Rollen festgelegt ist, wird ein vergleichsweise großer Keilraum zwischen der Wälzfläche der Rolle und der Kegelfläche des Säulenbereichs gebildet, so dass eine große Menge des Schmiermittels in den Keilraum eintritt. In diesem Fall ist die Menge des Schmiermittels, die von diesem Keilraum in die Grenzfläche zwischen der Wälzfläche der Rolle und der Kegelfläche des Käfigs eintritt, begrenzt. Wenn also eine so große Menge des Schmiermittels in den Keilraum eintritt, gibt es für das Schmiermittel keinen Weg, auf dem es daraus entweichen kann, und dies kann den Drehwiderstand des Lagers beeinflussen, was im Zusammenhang mit einem erhöhten Drehmomentverlust ein Problem darstellt. Darüber hinaus wird bei einem Kegelrollenlager, bei dem ein Schmiermittel in das Innere des Lagers fließt, der Strömungswiderstand des Schmiermittels gegen die Rotation des Käfigs zu einem weiteren, sehr wichtigen Faktor, der zum Drehmomentverlust beiträgt.
  • Daher ist es bei einem Kegelrollenlager, bei dem ein Schmiermittel in das Innere des Lagers fließt, notwendig, den Drehmomentverlust aufgrund des Strömungswiderstands des Schmiermittels so weit wie möglich zu reduzieren. Obwohl sich die obigen Ausführungen auf die Verringerung des Strömungswiderstands beziehen, um einen Betrieb mit niedrigem Drehmoment zu erreichen, ist es notwendig, die Spezifikationen des Lagers so zu ändern, dass der Rollviskositätswiderstand reduziert wird, um eine wesentliche Reduzierung des Drehmoments zu erreichen. Mit den herkömmlichen Techniken zum Erreichen eines Betriebs mit niedrigem Drehmoment, wie sie in den vorgenannten Patentdokumenten beschrieben wurden, ist ein Betrieb mit niedrigem Drehmoment ohne Verringerung der Nennlast unmöglich. Dagegen reduziert sich die Steifigkeit des Lagers bis zu einem gewissen Grade.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kegelrollenlager zu schaffen, mit dem ein Betrieb mit niedrigem Drehmoment erreicht werden kann, ohne dass die Lagersteifigkeit herabgesetzt wird, und das gleichzeitig ausgezeichnet gegen Fressen wirkt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Aufgabe erfüllt werden, indem ein Wälzkreisdurchmesser (PCD) der Rollen reduziert wird, ohne dass die Anzahl der Rollen verringert oder wobei die Anzahl der Rollen erhöht wird. 19 zeigt ein Steifigkeitsverhältnis (-•-) und ein Drehmomentverhältnis (-O-) bei einem Kegelrollenlager, wenn der Wälzkreisdurchmesser verändert wird. Als Ergebnis der Berechnung und Bestätigung der elastischen Verformungen der Rollen wurde festgestellt, dass mit abnehmendem Wälzkreisdurchmesser auch das Drehmoment des Lagers deutlich abnahm, während die Steifigkeit des Lagers nicht sehr abnahm. Durch die Verringerung des Wälzkreisdurchmessers bei gleichbleibender oder zunehmender Anzahl der Rollen kann somit das Drehmoment verringert werden, ohne die Steifigkeit zu verschlechtern.
  • Ein Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung weist einen Innenring, einen Außenring, eine Vielzahl von Kegelrollen, die drehbar zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und einen Käfig, der die Kegelrollen in vorherbestimmten Abständen entlang dem Umfang hält, auf, wobei ein Rollenkoeffizient γ größer ist als 0,94, wobei mindestens eines der Elemente Innenring, Außenring und Kegelrollen eine mit Stickstoff angereicherte Schicht aufweist, und wobei eine Korngrößennummer von Austenitkörnern in der mit Stickstoff angereicherten Schicht in einem Bereich liegt, der größer ist als die Nummer 10. Eine Fläche des größeren Flansches des Innenrings setzt sich zusammen aus einer konischen Fläche, die mit einer Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in Kontakt steht, und einer Rücknahmefläche, die glatt zur Außenseite der konischen Fläche führt und von der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle weg gekrümmt ist. Eine Fläche des kleineren Flansches des Innenrings weist eine Fläche auf, die parallel zu einer Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle ist, wobei ein Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle und ein Abstand R0 vom Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle zur Fläche des größeren Flansches des Innenrings so festgelegt sind, dass R/R0 im Bereich von 0,75 bis 0,87 liegt. Der Käfig weist einen ringförmigen Bereich auf, der auf der Seite der Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrollen liegt, einen ringförmigen Bereich, der auf der Seite der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrollen liegt, und eine Vielzahl von Säulenbereichen, die diese ringförmigen Bereiche verbinden, wobei eine Tasche zur Aufnahme der Kegelrolle zwischen benachbarten Säulenbereichen ausgebildet ist, eine Kegelfläche, die mit einer Wälzfläche der Rolle in Kontakt steht, auf beiden Seiten einer Innendurchmesserfläche des Säulenbereichs ausgebildet ist, und eine Länge der Kegelfläche in Richtung der Breite 5% oder mehr und weniger als 11% eines durchschnittlichen Durchmessers der Rollen beträgt.
  • Der Rollenkoeffizient γ (der Füllfaktor der Rollen) ist ein Parameter, der definiert ist durch {(Anzahl der Rollen) × (durchschnittlicher Durchmesser der Rollen)}/(π × PCD). Das bedeutet, wenn der durchschnittliche Durchmesser der Rollen konstant ist, gilt: je größer der Wert γ ist, desto größer ist die Anzahl der Rollen. Bei einem Kegelrollenlager mit einem typischen herkömmlichen Käfig ist der Rollenkoeffizient γ normalerweise auf 0,94 oder weniger festgelegt. Somit bedeutet der Rollenkoeffizient γ von mehr als 0,94, dass nicht nur der Füllfaktor der Rollen, sondern auch die Steifigkeit des Lagers hoch ist.
  • Die mit Stickstoff angereicherte Schicht ist eine Schicht, die auf der Außenschicht der Laufrille (des Innen- oder Außenrings) oder der Kegelrolle ausgebildet ist, und deren Stickstoffgehalt erhöht ist. Die mit Stickstoff angereicherte Schicht kann durch Karbonitrieren, Nitrieren oder Ähnliches gebildet werden. Der Stickstoffgehalt der mit Stickstoff angereicherten Schicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,7%. Wenn der Stickstoffgehalt unter 0,1% liegt, verschwindet seine Wirksamkeit, und im Besonderen verschlechtert sich die Wälzlebensdauer unter Bedingungen einer Verschmutzung mit Fremdkörpern. Wenn der Stickstoffgehalt 0,7% übersteigt, tritt ein Loch, das als Fehlstelle bezeichnet wird, auf, oder der Restaustenit nimmt zu sehr zu, und eine gewünschte Härte kann nicht erzielt werden, was zu einer verkürzten Lebensdauer führt. Was die mit Stickstoff angereicherte Schicht betrifft, die auf der Laufrille ausgebildet ist, so bezieht sich der Stickstoffgehalt auf Werte in einer Tiefe von 50 μm in der Außenschicht der Laufrille nach dem Schleifen. Der Stickstoffgehalt kann beispielsweise durch EPMA (wellenlängendispersive Röntgen-Mikroanalyse mit einer Elektronenstrahlmikrosonde) gemessen werden.
  • Da außerdem die Austenitkörner so verfeinert sind, dass die Korngrößennummer für die Austenitkörner größer ist als 10, kann die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung deutlich verbessert werden. Da eine Korngrößennummer für die Austenitkörner von 10 oder weniger die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung nicht wesentlich verbessern kann, sollte sie in einem Bereich von mehr als 10 liegen. Typischerweise sollte die Nummer 11 oder eine höhere Nummer festgelegt werden. Obwohl es zu bevorzugen ist, dass die Austenitkorngröße so fein wie möglich ist, ist es schwierig, eine Korngrößennummer jenseits der Nr. 13 zu erzielen. Es ist anzumerken, dass die Austenitkörner in den vorgenannten Lagerteilen sich weder in dem äußeren Schichtbereich, zu dem auch die mit Stickstoff angereicherte Schicht zählt, noch weiter im Inneren ändern. Somit sollten die Stellen, an denen auf den Bereich der vorgenannten Korngrößennummern Bezug genommen wird, der äußere Schichtbereich und das Innere sein. Selbst nach dem Härten bleiben beispielsweise Spuren von Austenitkorngrenzen unmittelbar vor dem Härten. Folglich beziehen sich die Austenitkörner auf die Körner, die auf derartigen Spuren basieren.
  • Dadurch, dass eine Länge in Richtung der Breite der Kegelfläche des Säulenbereichs des Käfigs, die mit der Wälzfläche der Kegelrolle in Kontakt steht, auf weniger als 11% oder vorzugsweise 9% oder weniger des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen festgelegt wird, wird verhindert, dass ein zu großer Keilraum zwischen der Wälzfläche der Rolle und der Kegelfäche gebildet wird. Hierdurch wird die Menge des Schmiermittels, das in den Keilraum eintritt, verringert, wodurch der Drehmomentverlust aufgrund der Tatsache reduziert wird, dass es für das Schmiermittel keinen Weg gibt, um zu entweichen. Der Grund dafür, dass die Länge in Richtung der Breite der Kegelfläche auf 5% oder mehr des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen festgelegt wird, liegt darin, dass bei einem Wert von weniger als 5% ein elastischer Kontaktbereich zwischen der Außendurchmesserfläche der Rolle und der Kegelfläche größer werden kann als die Breite der Kegelfläche.
  • Eine gekrümmte Rücknahmefläche geht glatt in eine konische Fläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings über, welche mit der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in Kontakt steht, so dass ein keilförmiger Spalt in spitzem Winkel in der Nähe eines Außenumfangs des Kontaktbereichs gebildet wird. Folglich kann eine Funktion des „Hineinziehens” des Schmiermittels zum Kontaktbereich verbessert werden, so dass ein ausreichender Ölfilm gebildet wird. Darüber hinaus ermöglicht es die Bildung dieser glatten Rücknahmefläche, Schäden aufgrund eines Stoßes auf die Fläche des größeren Flansches des Innenrings während des Schräglaufs der Kegelrolle zu verhindern.
  • Die Fläche des kleineren Flansches des Innenrings weist eine Fläche auf, die parallel zur Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle ist. Darüber hinaus sind der Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle und der Abstand R0 vom Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle zur Fläche des größeren Flansches des Innenrings so festgelegt, dass R/R0 im Bereich von 0,75 bis 0,87 liegt. Folglich kann ein Oberflächenverschleiß aufgrund des Schräglaufs der Rolle verhindert werden, wodurch wiederum der Widerstand gegen Fressen verbessert wird.
  • Der Grund, warum die Fläche des kleineren Flansches des Innenrings mit einer Fläche versehen wurde, die parallel zur Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle ist, ist Folgender: Wie vergrößert in 22 dargestellt, können dadurch, dass die Fläche 2c des kleineren Flansches des Innenrings 2 parallel zur Endfläche kleineren Durchmessers 4c der auf der Laufrille 2a befindlichen Kegelrolle 4 vorgesehen ist, Wirkungen der Änderung der Abmessungen und Formen der Abschrägung der Endfläche kleineren Durchmessers 4c der Kegelrolle 4 auf den Spalt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers 4a der Kegelrolle 4 und der Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2 in dem vorgenannten anfänglichen montierten Zustand ausgeschlossen werden (dieser Spalt entspricht einem Spalt s zwischen der Endfläche kleineren Durchmessers 4c und der Fläche 2c des kleineren Flansches des Innenrings 2, wenn sich die Kegelrolle 4 in einer richtigen Position setzt). Mit anderen Worten: Selbst wenn die Abmessungen und die Form der Abschrägung der Endfläche kleinen Durchmessers 4c unterschiedlich sind, bilden die Endfläche kleineren Durchmessers 4c und die Fläche 2c des kleineren Flansches, die parallel zueinander liegen, im anfänglichen montierten Zustand einen Oberflächenkontakt, wie durch eine gestrichelte Linie in 22 dargestellt. Somit ist in diesem Moment der Spalt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers 4a und der Fläche 2b des größeren Flansches immer konstant. Dies beseitigt die Schwankung der Zeit, die für jede Kegelrolle 4 notwendig ist, um sich in einer richtigen Position zu setzen, wodurch die Einlaufzeit des Lagers reduziert wird.
  • Der Grund, warum das Verhältnis des Krümmungsradius' R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle zum Abstand R0 vom Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle zur Fläche des größeren Flansches des Innenrings, namlich R/R0, auf einen Bereich von 0,75 bis 0,87 festgelegt wird, ist Folgender:
  • Eine Dicke t eines Ölfilms, der zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle gebildet wird, wurde unter Verwendung der Karna-Gleichung berechnet; das Ergebnis ist in 23 dargestellt. Die horizontale Achse steht für R/R0 und die vertikale Achse steht für ein Verhältnis einer Ölfilmdicke t zur Ölfilmdicke t0 bei R/R0 = 0,76, nämlich t/t0. Die Ölfilmdicke t erreicht ihr Maximum bei R/R0 = 0,76 und nimmt rasch ab, wenn R/R0 0,9 übersteigt.
  • 24 zeigt das Ergebnis der Berechnung der maximalen Hertzschen Pressung p zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle. Die horizontale Achse steht für R/R0, wie in 23, und die vertikale Achse steht für ein Verhältnis der maximalen Hertzschen Pressung p zur maximalen Hertzschen Pressung p0 bei R/R0 = 0,76, namlich p/p0. Die maximale Hertzsche Pressung p sinkt monoton, wenn R/R0 ansteigt.
  • Um den Drehmomentverlust und die Erzeugung von Wärme aufgrund der Gleitreibung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle zu reduzieren, ist es zu bevorzugen, dass die Ölfilmdicke t groß und die maximale Hertzsche Pressung p klein ist. Unter Bezugnahme auf die Ergebnisse der Berechnung gemäß 23 und 24 und basierend auf dem Ergebnis des Tests über die Verhinderung von Fressen, das nachfolgend noch in Tabelle 11 dargestellt ist, wird bestimmt, dass ein geeigneter Bereich von R/R0 zwischen 0,75 und 0,87 liegen soll. Bei einem herkömmlichen Kegelrollenlager ist ein Wert von R/R0 so angelegt, dass er in einem Bereich von 0,90 bis 0,97 liegt.
  • Es ist anzumerken, dass durch den Einsatz des Kegelrollenlagers in einer Vorrichtung zum Stützen einer Getriebewelle für ein Automobil, in dem eine Getriebewelle durch das Kegel rollenlager im Inneren eines mit Getriebeöl gefüllten Gehäuses drehbar gestützt wird, der Drehmomentverlust und die Erzeugung von Wärme aufgrund der Gleitreibung innerhalb der Vorrichtung zum Stützen der Getriebewelle reduziert werden können. Hierdurch wird nicht nur die Haltbarkeit verbessert, sondern es wird auch die Einlaufzeit verkürzt.
  • Die Querschnittsform der Rücknahmefläche kann kreisbogenförmig sein. Durch den Einsatz einer solchen Ausführung kann die Rücknahmefläche, die eine ausgezeichnete Funktion hat, ein Schmiermittel hineinzuziehen, auf einfache Weise bearbeitet werden.
  • Im mittigen Bereich der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle kann eine kreisförmige Ausnehmung vorgesehen sein, und die äußere Umfangskante dieser Ausnehmung befindet sich in der Nähe der Grenze zwischen der konischen Fläche und der Rücknahmefläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings. Durch den Einsatz einer solchen Ausführung kann ein Schmiermittel nahe an den vorgenannten keilförmigen Spalt geführt werden, wodurch dem keilförmigen Spalt eine ausreichende Menge des Schmiermittels zugeführt wird. Ein zulässiger Schräglaufwinkel für die Kegelrolle kann ebenfalls größer angelegt werden.
  • Die Grenze zwischen der konischen Fläche und der Rücknahmefläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings kann sich in der Nähe eines Außenumfangs einer maximalen Kontaktellipse befinden, die sich aus einem Kontakt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle und der Fläche des größeren Flansches des Innenrings ergibt. Durch den Einsatz einer derartigen Ausführung kann ein keilförmiger Spalt, der ein Schmiermittel hineinzieht, in geeigneter Weise für den gesamten Bereich der Betriebslast für das Kegelrollenlager gebildet werden.
  • Eine Rautiefe Ra der Fläche des größeren Flansches des Innenrings kann in einem Bereich von 0,05 bis 0,20 μm liegen. Durch den Einsatz einer solchen Ausführung kann eine Schmierbedingung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in einem geeigneten Zustand gehalten werden, was eine Dicke t eines Ölfilms betrifft, der zwischen diesen Flächen gebildet wird. Es ist anzumerken, dass durch den Einsatz des Kegelrollenlagers in einer Vorrichtung zum Stützen einer Getriebewelle für ein Fahrzeug, in dem eine Getriebewelle durch das Kegelrollenlager im Inneren eines mit Getriebeöl gefüllten Gehäuses drehbar gestützt wird, eine Schmierbedingung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in einem geeigneten Zustand gehalten werden, wodurch die Haltbarkeit der Vorrichtung zum Stützen der Getriebewelle noch weiter verbessert wird.
  • Eine Untergrenze der Rautiefe Ra der Fläche des größeren Flansches des Innenrings ist aus folgenden Gründen auf einen Wert von 0,05 μm festgelegt: Wenn ein Kegelrollenlager montiert wird, erfolgt das Einlaufen des Lagers mit einer Drehzahl von nur 50 bis 100 U/min, während eine Axiallast auf eine Endfläche des Innenrings ausgeübt wird. In einem Fall, in dem die Rautiefe Ra weniger beträgt als 0,05 μm, wird während des Einlaufens die Schmierung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle zu einer Kombination aus hydrodynamischer Schmierung und Grenzschmierung. Somit variiert ein Reibungskoeffizient beträchtlich, und Messungen des Wellendrehmoments streuen sehr. Folglich wird die Genauigkeit bei der Erzeugung der Vorlast aufs Spiel gesetzt. Bei einer Rautiefe Ra von 0,05 μm oder mehr wird die Schmierung zur Grenzschmierung, was einen Reibungskoeffizienten stabilisiert und es ermöglicht, die Erzeugung der Vorlast genau durchzuführen. Für eine Drehzahl unter typischen Betriebsbedingungen für das Lager, die über 100 U/min liegt, wird ein ausreichender Ölfilm zwischen der Fläche des größeren Flansches und der Endfläche größeren Durchmessers gebildet. Folglich wird die Schmierung zwischen diesen Flächen zur hydrodynamischen Schmierung, und der Reibungskoeffizient nimmt ab.
  • Eine Obergrenze der Rautiefe Ra der Fläche des größeren Flansches des Innenrings ist aus folgendem Grund auf 0,20 μm festgelegt: Wenn bei einer Obergrenze von mehr als 0,20 μm die Temperatur im Inneren des Lagers zunimmt und die Viskosität des Schmiermittels für den Bereich der Hochgeschwindigkeitsrotation abnimmt, würde die Dicke t eines Ölfilms ungenügend werden, was das Lager anfällig für ein Fressen macht.
  • Eine Dicke des Säulenbereichs kann 5% oder mehr und weniger als 17% des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen betragen. Folglich kann der Säulenbereich dünn ausgebildet werden, und der Strömungswiderstand des Schmiermittels gegen die Rotation des Käfigs kann verringert werden, wodurch der Drehmomentverlust noch weiter reduziert wird. Der Grund, warum die Dicke des Säulenbereichs auf 5% oder mehr des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen festgelegt wird, liegt darin, dass die Steifigkeit des Käfigs nicht gewährleistet werden kann, wenn sie unter 5% liegt.
  • Ein Fensterwinkel der Tasche des Käfigs kann 55° oder mehr und 80° oder weniger betragen. Der Fensterwinkel ist ein Winkel, der durch Flächen des Säulenbereichs gebildet wird, die mit der Wälzfläche der Rolle in Kontakt stehen. Der Grund dafür, dass der Fensterwinkel auf 55° oder mehr festgelegt wird, liegt darin, einen guten Kontaktzustand mit der Rolle zu gewährleisten. Darüber hinaus liegt der Grund dafür, dass der Fensterwinkel auf 80° oder weniger festgelegt wird, darin, dass bei einem Fensterwinkel von mehr als 80° die Druckkraft in radialer Richtung zunimmt und hierdurch das Risiko mit sich bringt, dass eine gleichmäßige Rotation selbst dann nicht erreicht werden kann, wenn ein selbstschmierendes Harzmaterial eingesetzt wird. Bei einem gewöhnlichen Käfig liegt der Fensterwinkel zwischen 25° und 50°.
  • Jedes der vorgenannten Kegelrollenlager ist geeignet, um eine Kraftübertragungswelle in einem Kraftfahrzeug zu stützen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Drehmomentverlust reduziert werden, ohne die Steifigkeit zu senken. Mit anderen Worten: Bei einem Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung kann dadurch, dass der Rollenkoeffizient γ auf mehr als 0,94 festgelegt wird, ein Wälzkreisdurchmesser (PCD) der Rollen reduziert werden, wobei verhindert wird, dass sich der Wert der Steifigkeit verschlechtert, ohne dass die Anzahl der Rollen gesenkt wird, bzw. während die Anzahl der Rollen erhöht wird. Darüber hinaus kann durch das Festlegen des Rollenkoeffizienten γ auf einen Wert von mehr als 0,94 nicht nur die Belastungsfähigkeit erhöht werden, sondern es kann auch der maximale Kontaktdruck auf die Laufrille reduziert werden. Daher kann das Auftreten eines lebensdauerverkürzenden, von der Oberfläche herrührenden Abplatzens unter schwierigen Schmierbedingungen verhindert werden.
  • Außerdem wird bei einem Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung eine mit Stickstoff angereicherte Schicht gebildet, und dann werden die Austenitkörner in der Korngrößennummer auf die Nummer 11 oder darüber verfeinert. Folglich wird die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung deutlich verbessert, und ausgezeichnete Bruchfestigkeit sowie zu bevorzugende langfristige Änderungen der Abmessungen können erzielt werden.
  • Darüber hinaus wird dadurch, dass eine Länge in Richtung der Breite der Kegelfläche des Säulenbereichs des Käfigs, die mit der Wälzfläche der Rollen in Kontakt steht, auf 5% oder mehr und weniger als 11% des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen festgelegt wird, verhindert, dass sich ein zu großer Keilraum zwischen der Wälzfläche der Rolle und der Kegelfläche bildet. Hierdurch wird die Menge des Schmiermittels, das in den Keilraum eintritt, reduziert. Daher kann der Drehmomentverlust aufgrund der Tatsache, dass es keinen Weg für das Schmiermittel gibt, um zu entweichen, reduziert werden, wodurch ein Betrieb mit niedrigem Drehmoment erleichtert wird. Umgekehrt geht die gekrümmte Rücknahmefläche glatt in die konische Fläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings über, die mit der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in Kontakt steht. Außerdem ist der Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle so festgelegt, dass der vorgenannte Wert R/R0 in einem Bereich von 0,75 bis 0,87 liegt. Folglich können der Drehmomentverlust und die Erzeugung von Wärme aufgrund der Gleitreibung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle reduziert werden, wodurch verhindert wird, dass ein Fressen auftritt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1A eine abgewickelte Draufsicht auf einen Käfig, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
  • 1B eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1A;
  • 2A eine horizontale Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • 2B eine vertikale Schnittdarstellung des Kegelrollenlagers in 2A;
  • 3 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung eines herkömmlichen Kegelrollenlagers;
  • 4 eine graphische Darstellung des Ergebnisses des Tests betreffend die Drehmomentmessung;
  • 5 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers mit einem minimalen Fensterwinkel;
  • 6 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers mit einem maximalen Fensterwinkel;
  • 7 eine Zeichnung, in der die Ergebnisse von Lebensdauertests für Lager dargestellt sind;
  • 8 ein Kegelrollenlager im Teilschnitt, bei dem ein modifiziertes Beispiel für einen Käfig dargestellt ist;
  • 9 eine Schnittdarstellung eines Säulenbereichs eines Käfigs gemäß 8;
  • 10 eine Zeichnung, die ein Wärmebehandlungsverfahren für ein Kegelrollenlager beschreibt;
  • 11 ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel für ein Wärmebehandlungsverfahren für ein Kegelrollenlager zeigt;
  • 12A eine strukturelle Darstellung einer Mikrostruktur eines Lagerteils nach einem Beispiel für die vorliegende Erfindung, wobei insbesondere Austenitkorngrenzen dargestellt sind, und
  • 12B eine strukturelle Darstellung einer Mikrostruktur eines herkömmlichen Lagerteils, wobei insbesondere Austenitkorngrenzen dargestellt sind;
  • 13A eine strukturelle Darstellung, die Austenitkorngrenzen anhand einer Darstellung der 12A zeigt, und
  • 13B eine strukturelle Darstellung, die Austenitkorngrenzen anhand einer Darstellung der 12B zeigt;
  • 14 eine Zeichnung, die ein Probestück für einen Bruchfestigkeitstest mit statischem Druck (Messung der Bruchbeanspruchungswerte) zeigt;
  • 15A eine schematische Darstellung einer Testvorrichtung für die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung, und
  • 15B eine Seitenansicht der Testvorrichtung für die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung;
  • 16 ein Diagramm, das ein Probestück für einen statischen Bruchzähigkeitstest zeigt;
  • 17 einen Schnitt durch ein typisches Differential für ein Automobil;
  • 18 einen Schnitt durch ein typisches Getriebe für ein Automobil;
  • 19 ein Diagramm, das Änderungen eines Steifigkeitsverhältnisses (-•-) und eines Drehmomentverhältnisses (-O-) zeigt, wenn ein Wälzkreisdurchmesser (PCD) von Kegelrollen bei einem Kegelrollenlager verändert wird;
  • 20 eine Schnittdarstellung zur Beschreibung von Konstruktionsspezifikationen eines Kegelrollenlagers;
  • 21 eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Seite der Endfläche größeren Durchmessers einer Kegelrolle gemäß 20;
  • 22 eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Seite der Endfläche kleineren Durchmessers einer Kegelrolle gemäß 20;
  • 23 eine graphische Darstellung eines Verhältnisses zwischen einem Krümmungsradius einer Endfläche größeren Durchmessers einer Kegelrolle und einer Dicke eines Ölfilms; und
  • 24 eine graphische Darstellung eines Verhältnisses zwischen einem Krümmungsradius einer Endfläche größeren Durchmessers einer Kegelrolle und einer maximalen Hertzschen Pressung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Zunächst ist eine allgemeine Ausbildung eines Kegelrollenlagers 1 in 2 dargestellt, gemäß welcher es als Hauptbestandteile einen Innenring 2, einen Außenring 3, Kegelrollen 4 und einen Käfig 5 aufweist. Der Innenring 2 ist am Außenumfang mit einer kegeligen Laufrille 2a versehen, und der Außenring 3 ist am Innenumfang mit einer kegeligen Laufrille 3a versehen. Eine Vielzahl von Kegelrollen 4 sind drehbar zwischen der Laufrille 2a des Innenrings und der Laufrille 3a des Außenrings 3 angeordnet. Jede Kegelrolle 4 wird in einer in dem Käfig 5 ausgebildeten Tasche aufgenommen, wo ihre Bewegung in axialer Richtung durch einen kleineren Flanschbereich 2c und einen größeren Flanschbereich 2b eingeschränkt wird, die auf beiden Seiten der Laufrille 2a des Innenrings 2 ausgebildet sind.
  • Das Kegelrollenlager 1 hat einen Rollenkoeffizienten γ > 0,94. Der Rollenkoeffizient γ zeigt den Füllfaktor der Rollen an und ist durch folgende Gleichung definiert: Rollenkoeffizient γ = (Z × DA)/(π × PCD)
  • Hierbei ist Z die Anzahl der Rollen, DA ist der durchschnittliche Durchmesser der Rollen, und PCD ist der Durchmesser des Wälzkreises der Rollen.
  • Zum Vergleich wird hier unter Bezugnahme auf 3 auf eine herkömmliche Technologie verwiesen. Ein in der Figur dargestelltes Kegelrollenlager besitzt einen typischen Käfig, der von einem Außenring getrennt ist. Außerdem wird der Rollenkoeffizient 7 normalerweise auf 0,94 oder weniger festgelegt, um die Breite der Säule des Käfigs 72 sicherzustellen und eine angemessene Festigkeit der Säule sowie eine gleichmäßige Rotation zu erzielen, wobei gleichzeitig ein Kontakt zwischen dem Außenring 71 und dem Käfig 72 vermieden wird. In 3 stehen die Bezugszeichen 73, 74 und 75 jeweils für eine Kegelrolle, eine Säulenfläche und einen Innenring und das Symbol θ steht für einen Fensterwinkel.
  • Wie in 1A dargestellt, weist der Käfig 5 einen ringförmigen Bereich 6 auf, der auf der Seite der Endfläche kleineren Durchmesser der Kegelrolle 4 liegt, einen ringförmigen Bereich 7, der auf der Seite der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle 4 liegt, und eine Vielzahl von Säulenbereichen 8, die den ringförmigen Bereich 6 und den ringförmigen Bereich 7 verbinden, wobei eine trapezförmige Tasche 9 zwischen benachbarten Säulen 8 gebildet wird.
  • Wie in 1B dargestellt, ist eine Kegelfläche 8a, die mit der Wälzfläche der Kegelrolle 4 in Kontakt steht, auf beiden Seiten der Innendurchmesserfläche des Säulenbereichs 8 ausgebildet. Es ist zu bevorzugen, dass die Länge L der Kegelfläche 8a in Richtung der Breite auf 5% oder mehr und weniger als 11%, oder beispielsweise 7%, des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen 4 festgelegt wird. Durch den Einsatz einer solchen Ausführung wird kein zu großer Keilraum zwischen der Wälzfläche der Kegelrolle 4 und der Kegelfläche 8a gebildet. Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, dass eine Dicke T des Säulenbereichs 8 auf 5% oder mehr und weniger als 17%, oder beispielsweise 10%, des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen 4 festgelegt wird. Durch den Einsatz einer solchen Ausführung kann der Strömungswiderstand des Schmiermittels gegen die Rotation des Käfigs 5 bis zu einem kleinen Wert unterdrückt werden.
  • Es wurden zwei Kegelrollenlager angefertigt. Das eine war das Kegelrollenlager mit einem Käfig, bei dem die Länge L der Kegelfläche gemäß 1B auf 7% des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen festgelegt wurde (Beispiel), und das andere war das Kegelrollenlager mit einem herkömmlichen Käfig, bei dem die Länge L der Kegelfläche auf 13% des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen festgelegt wurde (Vergleichsbeispiel). Beide Kegelrollenlager hatten folgende Abmessungen: 100 mm Außendurchmesser, 45 mm Innendurchmesser und 27,25 mm Breite. Darüber hinaus wurde die Dicke T des Säulenbereichs des Käfigs bei dem Beispiel auf 13% und bei dem Vergleichsbeispiel auf 17% des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen festgelegt.
  • Bei den Kegelrollenlagern des Beispiels und des Vergleichsbeispiels wurde ein Test betreffend die Messung des Drehmoments unter Verwendung eines vertikalen Drehmomenttesters durchgeführt. Die Testbedingungen waren folgendermaßen:
    • Axiallast: 300 kgf
    • Drehzahl: 300 bis 2000 U/min (100 U/min·Teilung)
    • Schmierbedingungen: Tauchschmierung (Schmiermittel: 75W-90)
  • 4 zeigt das Ergebnis des vorgenannten Tests betreffend die Messung des Drehmoments, wobei die vertikale Achse der graphischen Darstellung in der Figur für das Verhältnis der Reduzierung des Drehmoments bei dem Kegelrollenlager des Beispiels zu dem des Vergleichsbeispiels steht. Bei dem Kegelrollenlager des Beispiels, bei dem die Länge L der Kegelfläche klein angelegt wurde, nämlich 7% des durchschnittlichen Durchmessers D der Kegelrollen, wurde ein deutlicher Effekt der Drehmomentreduzierung von langsamer Rotation bis hin zu schneller Rotation festgestellt. Selbst bei 2000 U/min – der maximalen Drehzahl für den Test – wurde ein Drehmomentreduzierungsverhältnis von 12% erzielt. Zu dem Effekt der Reduzierung des Drehmoments, der bei diesem Beispiel erzielt wurde, zählt auch ein Effekt eines verringerten Strömungswiderstands des Schmiermittels gegen die Rotation des Käfigs durch die Reduzierung der Dicke T des Säulenbereichs.
  • Gemäß den 5 und 6 hat ein Fensterwinkel 8, also ein Winkel, der dadurch gebildet wird, dass die Flächen 8a des Säulenbereichs mit der Wälzfläche der Rollen in Kontakt stehen, den minimalen Fensterwinkel θmin von 55° (5) und den maximalen Fensterwinkel θmax von 80° (6). Bei einem herkömmlichen Kegelrollenlager mit einem typischen Käfig, der von einem Außenring getrennt ist (siehe 3) beträgt der Fensterwinkel höchstens etwa 50°. Der Grund dafür, dass der minimale Fensterwinkel θmin auf 55° festgelegt wird, liegt darin, dass ein guter Kontaktzustand mit der Rolle gewährleistet werden soll, der sich bei einem Fensterwinkel von weniger als 55° verschlechtert. Mit anderen Worten: Wenn der Fensterwinkel auf 55° oder mehr festgelegt wird, kann γ > 0,94 erzielt werden, wobei gleichzeitig die Festigkeit des Käfigs sichergestellt und ein ausgezeichneter Kontaktzustand gewährleistet werden kann. Darüber hinaus liegt der Grund dafür, dass der maximale Fensterwinkel θmax auf 80° festgelegt wird, darin, dass bei einem Fensterwinkel von mehr als 80° die Druckkraft in radialer Richtung zunimmt, was das Risiko mit sich bringt, dass eine gleichmäßige Rotation selbst dann nicht erreicht werden kann, wenn ein selbstschmierendes Harzmaterial eingesetzt wird.
  • 7 zeigt die Ergebnisse von Tests betreffend die Lebensdauer der Lager. In der Spalte „Lager" der Tabelle in 7 entspricht das „Vergleichsbeispiel 1" einem herkömmlichen typischen Kegelrollenlager, bei dem ein Käfig von einem Außenring getrennt ist (siehe 3). Das „Vergleichsbeispiel 2" entspricht einem der Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Dieses Kegelrollenlager ähnelt dem herkömmlichen Kegelrollenlager mit Ausnahme dessen, dass nur der Rollenkoeffizient γ auf γ > 0,94 verändert wurde. Das „Beispiel" entspricht einem anderen Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung, das einen Rollenkoeffizienten γ > 0,94 und einen Fensterwinkel im Bereich von 55° bis 80° hat. Die Abmessungen waren in allen drei Fällen ϕ45 × ϕ81 × 16 (mm), und die Anzahl der Rollen betrug bei dem „Vergleichsbeispiel 1" 24 und bei dem „Vergleichsbeispiel 2" und dem „Beispiel" 27. Die Tests wurden unter Bedingungen von schwieriger Schmierung (Ölfilmparameter Λ = 0,2) und übermäßig hoher Belastung durchgeführt. Wie aus den Ergebnissen gemäß 7 deutlich wird, hat das „Vergleichsbeispiel 2" eine lange Lebensdauer, die doppelt oder mehr als doppelt so lang ist wie die Lebensdauer des „Vergleichsbeispiels 1". Darüber hinaus hat das Lager des „Beispiels" einen Rollenkoeffizienten von 0,96, der dem des „Vergleichsbeispiels 2" entspricht. Die Lebensdauer des Lagers gemäß dem „Beispiel" ist jedoch etwa fünfmal so lang oder mehr als fünfmal so lang wie die des „Vergleichsbeispiels 2".
  • Der Käfig 5 kann durch einstückiges Formen eines hochtechnischen Kunststoffes wie PPS, PEEK, PA, PPA oder PAI gebildet werden. Außerdem kann ein Material eingesetzt werden, bei dem Glasfasern oder Kohlenstofffasern einem derartigen Harzmaterial oder einem anderen technischen Kunststoff beigemengt werden, um die Festigkeit den Anforderungen entsprechend zu verbessern. Zu den Beispielen für technische Kunststoffe gehören technische Kunststoffe für allgemeine Zwecke und hochtechnische Kunststoffe. Repräsentative Beispiele für den technischen Kunststoff sind nachfolgend aufgelistet. Diese sind jedoch nur als Beispiele angegeben, und der technische Kunststoff ist nicht hierauf beschränkt.
  • Ein Käfig, der aus einem Harzmaterial besteht, hat die charakteristischen Eigenschaften eines geringeren Käfiggewichts, besserer Selbstschmierungseigenschaften und eines kleineren Reibungskoeffizienten als ein Käfig aus einer Eisenplatte. Diese charakteristischen Eigenschaften werden mit den Wirkungen des in dem Lager vorhandenen Schmieröls kombiniert, und daher kann das Auftreten eines Verschleißes aufgrund des Kontakts mit dem Außenring unterdrückt werden. Ein derartiges Harzmaterial hat im Vergleich zu einer Stahlplatte ein geringeres Gewicht und einen niedrigeren Reibungskoeffizienten und ist daher geeignet, um den Drehmomentverlust und Verschleiß des Käfigs zu dem Zeitpunkt, an dem der Betrieb des Lagers gestartet wird, zu reduzieren. Im Besonderen ist ein technischer Kunststoff, der betreffend die mechanische Festigkeit, die Ölfestigkeit und die Wärmebeständigkeit ausgezeichnete Eigenschaften hat, zu bevorzugen.
  • [Technische Kunststoffe für allgemeine Zwecke]
  • Polycarbonat (PC), Polyamid 6 (PA6), Polyamid 66 (PA66), Polyoxymethylen (POM), modifizierter Polyphenylenester (m-PPE), Polybutylenterephtalat (PBT), glasfaserverstärktes Polyethylenterephtalat (GF-PET) und ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE).
  • [Hochtechnische Kunststoffe]
  • Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyarylat (PAR), Polyamidimid (PAI), Polyetherimid (PEI), Polyetheretherketon (PEEK), Flüssigkristallpolymer (FKP), thermoplastisches Polyimid (TPI), Polybenzimidazol (PBI), Polymethylpenten (TPX), Poly-(1,4-cyclohexan-dimethylen-terephtalat) (PCT), Polyamid 46 (PA46), Polya mid 6T (PA6T), Polyamid 9T (PA9T), Polyamid 11, 12 (Pa11, 12), Fluorharz und Polyphtalamid (PPA).
  • Ein modifiziertes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Bei dem in 8 dargestellten Kegelrollenlager 1 ist ein konvex geformter Vorsprungsbereich 8b, der zur Laufrille des Außenrings 3 ragt, an der Außendurchmesserfläche der Säulenbereiche 8 des Käfigs 5, der einstückig aus einem technischen Kunststoff geformt wurde, ausgebildet. Der Rest der Ausführung entspricht der des oben beschriebenen Käfigs 5. Wie in 9 dargestellt, hat dieser Vorsprungsbereich 8b in einem Schnitt entlang der Richtung quer zum Säulenbereich 8 eine bogenartige Kontur. Die bogenartige Form ist so ausgebildet, dass sie einen Krümmungsradius R2 hat, der kleiner ist als der Radius R1 der Laufrille des Außenrings. Der Grund hierfür liegt darin, dass ein keilartiger Ölfilm zwischen dem Vorsprungsbereich 8b und der Laufrille des Außenrings gebildet werden soll. Es ist wünschenswert, dass der Vorsprungsbereich so geformt ist, dass er einen Krümmungsradius R2 von 70 bis 90% des Radius' R1 der Laufrille des Außenrings hat. Liegt der Krümmungsradius R2 unter einem Wert von 70% des Radius' R1, so wird der Einlassöffnungswinkel des keilartigen Ölfilms zu groß, wodurch der dynamische Druck verringert wird. Darüber hinaus wird bei einem Krümmungsradius R2, der mehr als 90% des Radius' R1 beträgt, der Einlasswinkel des keilartigen Ölfilms zu klein, wodurch ebenfalls der dynamische Druck verringert wird.
  • Zusätzlich ist es wünschenswert, dass der Vorsprungsbereich 8b so ausgebildet ist, dass er eine laterale Breite W2 von 50% oder mehr der lateralen Breite W1 der Säulenbereiche 5c hat (W2 ≥ 0,5 × W1). Ist die laterale Breite W2 kleiner als 50% der lateralen Breite W1, so kann keine ausreichende Höhe zur Bildung eines guten keilartigen Ölfilms in dem Vorsprungsbereich 8b gewährleistet werden. Darüber hinaus ändert sich der Radius R1 der Laufrille des Außenrings kontinuierlich von der Seite größeren Durchmessers zur Seite kleineren Durchmessers. Daher ist der Vorsprungsbereich 8b so ausgebildet, dass dessen Krümmungsradius R2 sich kontinuierlich von einem größeren Krümmungsradius R2 des ringförmigen Bereichs 7 der Seite größeren Durchmessers bis zu einem kleineren Krümmungsradius R2 des ringförmigen Bereichs 6 der Seite kleineren Durchmessers ändert, so dass er der Änderung des Radius' R1 folgt.
  • Da das in 8 dargestellte Kegelrollenlager 1 so beschaffen ist, wie oben beschrieben, wird ein keilartiger Ölfilm zwischen der Laufrille des Außenrings und dem Vorsprungsbereich 8b des Käfigs 5 gebildet, wenn das Lager 1 sich dreht und damit bewirkt, dass auch der Käfig 5 sich dreht. Dieser keilartige Ölfilm erzeugt einen dynamischen Druck, der annähernd proportional zur Drehzahl des Lagers 1 ist. Selbst wenn also der Wälzkreisdurchmesser (PCD) des Käfigs 5 über den des herkömmlichen Käfigs hinaus erhöht wird, um den Käfig 5 näher an die Laufrille des Außenrings zu bringen, kann das Lager 1 sich drehen, ohne übermäßig großen Verschleiß und Drehmomentverlust zu bewirken. Daher kann die Anzahl der Rollen erhöht werden, ohne dass dies eine zusätzliche Belastung darstellt.
  • Zumindest eines der Elemente Innenring 2, Außenring 3 bzw. Kegelrollen 4 des Kegelrollenlagers 1 hat eine mit Stickstoff angereicherte Schicht. Als spezielles Beispiel für ein Verfahren zur Bildung der mit Stickstoffangereicherten Schicht wird eine Wärmebehandlung einschließlich Karbonitrieren beschrieben.
  • 10 ist ein Diagramm, das ein Wärmebehandlungsverfahren für ein Rollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 11 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel desselben veranschaulicht. 10 zeigt ein Wärmebehandlungsmuster, bei dem das erste Härten und das zweite Härten durchgeführt werden. 11 zeigt ein Wärmebehandlungsmuster, bei dem das Werkstück auf halbem Weg durch den Härtevorgang auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur A1 abgekühlt und dann für das endgültige Härten wieder erwärmt wird. Gemäß diesen Figuren wird bei der Behandlung T1 Kohlenstoff in ausreichendem Maße in dem Grundmetall des Stahls verschmolzen, während Kohlenstoff und Stickstoff diffundiert werden, und dann wird das Werkstück bis unter die Umwandlungstemperatur A1 abgekühlt. Dann wird bei der Behandlung T2 in den Figuren das Werkstück erneut auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur A1, aber unterhalb der Temperatur bei der Behandlung T1 erwärmt. Ausgehend von diesem Punkt wird das Werkstück durch Ölhärten behandelt.
  • Durch die Durchführung der vorgenannten Wärmebehandlung kann die Bruchfestigkeit verbessert und die Rate der langfristigen Änderungen der Abmessungen reduziert werden, während die äußere Schicht des Werkstücks karbonitriert wird. Dieser Vorteil ist signifikanter als bei einem herkömmlichen Härtungsverfahren durch Karbonitrieren, nämlich der Behandlung durch Karbonitrieren, auf die ein einmaliges Härten folgt. Das Rollenlager der vorliegenden Erfindung, das gemäß den Wärmebehandlungsmustern der 10 und 11 hergestellt wird, hat eine Mikrostruktur, bei der die Austenitkorngröße halb so groß oder weniger als halb so groß ist wie bei einem herkömmlichen Lager. Lagerteile, die der oben genannten Wärmebehandlung unterzogen werden, haben eine lange Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung, mit einer verbesserten Bruchfestigkeit und einer reduzierten Rate von langfristigen Änderungen der Abmessungen. Da bei der Durchführung der Wärmebehandlung die zweite Härtungstemperatur reduziert wird, um kleinere Korngrößen zu erhalten, nimmt eine Menge des Restaustenits an der Außenfläche und im Inneren des Werkstücks ab. Folglich können eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit und eine wünschenswerte Rate von langfristigen Änderungen der Abmessungen erzielt werden.
  • Die 12A und 12B zeigen die Mikrostruktur von Lagerteilen, speziell die Austenitkörner. 12A zeigt die des Lagerteils gemäß der vorliegenden Erfindung und 12B zeigt die des herkömmlichen Lagerteils. Mit anderen Worten: 12A zeigt die Austenitkorngröße der Laufrille des Rollenlagers einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das dem Wärmebehandlungsmuster gemäß 10 unterzogen wurde. Darüber hinaus zeigt 12B zum Vergleich die Austenitkorngröße des Lagerstahls, der der herkömmlichen Wärmebehandlung unterzogen wurde. Die 13A und 13B sind jeweils illustrierte Versionen der 12A und 12B und zeigen die Austenitkorngröße. Von diesen Figuren der Mikrostruktur, die die Austenitkorngröße zeigen, entspricht die Austenitkorngröße des herkömmlichen Teils der Nr. 10 gemäß dem Korngrößennummernsystem der Japanischen Industrienormen. Wenn Wärmebehandlungsverfahren der 10 oder 11 eingesetzt werden, können feine Körner entsprechend der Nr. 12 erzielt werden. Die durchschnittliche Korngröße, die in 12A dargestellt ist, betrug bei der Messung mit einem Schnittverfahren 5,6 μm.
  • Nachfolgend werden Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben.
  • (Beispiel I)
  • Unter Verwendung eines Werkstoffs SUJ2 nach der Japanischen Industrienorm (1,0 Gew.% C, 0,25 Gew.% Si, 0,4 Gew.% Mn, 1,5 Gew.% Cr) erfolgte (1) die Messung einer Wasserstoffmenge, (2) die Messung der Korngröße, (3) der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy, (4) die Messung der Bruchspannungswerte und (5) die Prüfung der Wälzermüdung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
    Probestück A B C D E F herkömmliches, karbonitriertes Probestück durch gewöhnliches Härten behandeltes Probestück
    Temperatur der zweiten Härtung (°C) 780 800 815 830 850 870 - -
    Wasserstoffmenge (ppm) - 0,37 0,40 0,38 0,42 0,40 0,72 0,38
    Korngröße (JIS) - 12 11,5 11 10 10 10 10
    Kerbschlagzähigkeit nach Charpy (J/cm2) - 6,65 6,40 6,30 6,20 6,30 5,33 6,70
    Bruchspannungswert (MPa) - 2840 2780 2650 2650 2700 2330 2770
    Verhältnis Lebensdauer/Wälzermüdung (L10) - 5,4 4,2 3,5 2,9 2,8 3,1 1
  • Die Produktionsgeschichte der jeweiligen Probestücke ist wie folgt:
  • Probestücke A–D (Beispiele für die vorliegende Erfindung): Das Karbonitrieren erfolgte bei 850°C, was für einen Zeitraum von 150 Minuten aufrechterhalten wurde. Die Umgebungsatmosphäre war eine Mischung aus einem RX-Gas und einem Ammoniakgas. Bei dem Wärmebehandlungsmuster gemäß 10 erfolgte die erste Härtung aus der Karbonitriertemperatur von 850°C. Dann wurde das Probestück wieder auf einen Temperaturbereich von 780–830°C erwärmt, der niedriger war als die Karbonitriertemperatur, um die zweite Härtung durchzuführen. Das Probestück A, für das die zweite Härtungstemperatur 780°C betrug, zeigte jedoch eine ungenügende Härtung und wurde deshalb aus den Tests ausgeschlossen.
  • Probestücke E und F (Vergleichsbeispiele):
  • Das Karbonitrieren erfolgte in der gleichen Reihenfolge wie bei den Probestücken A–D (Beispiele der vorliegenden Erfindung). Die zweite Härtung wurde bei einer Temperatur im Bereich von 850°C–870°C durchgeführt, die höher war als die Karbonitriertemperatur von 850°C. Herkömmliches karbonitriertes Probestück (Vergleichsbeispiel): Das Karbonitrieren erfolgte bei einer Temperatur von 850°C, die für 150 Minuten aufrechterhalten wurde. Die Umgebungsatmosphäre war eine Mischung aus einem RX-Gas und einem Ammoniakgas. Die Härtung erfolgte direkt aus der Karbonitriertemperatur. Die zweite Härtung wurde nicht durchgeführt.
  • Gewöhnliches gehärtetes Probestück (Vergleichsbeispiel): Das Probestück wurde auf 850°C erwärmt und ohne Karbonitrieren gehärtet. Die zweite Härtung wurde nicht durchgeführt.
  • Nachfolgend werden Prüfverfahren beschrieben.
  • (1) Messen einer Wasserstoffmenge
  • Unter Verwendung eines Wasserstoffanalysators des Typs DE-103, hergestellt von der Fa. LECO Corporation, wurde die Menge an nicht diffusionsfähigem Wasserstoff in Stahl analysiert. Die Menge des diffusionsfähigen Wasserstoffs wurde nicht gemessen. Die Spezifikationen dieses Wasserstoffanalysators des Typs DH-103 der Firma LECO Corporation lauten wie folgt:
    • Bereich: 0,01–50,00 ppm
    • Genauigkeit: ± 0,1 ppm oder ± 3% H (je nachdem, welcher Wert höher ist)
    • Empfindlichkeit: 0,01 ppm
    • Erfassungssystem: Wärmeleitfähigkeitsverfahren
    • Gewicht des Probestücks: 10 mg–35 g (maximale Größe: 12 mm Durchmesser × 100 mm Länge)
    • Temperaturbereich des Wärmeofens: 50°C–1100°C
    • Reagens: Anhydron Mg(ClO4)2, Ascarite NaOH
    • Trägergas: Stickstoffgas, Gas dosierendes Gas: Wasserstoffgas, wobei jedes Gas eine Reinheit von 99,99% oder mehr hat; Druck: 40 psi (2,8 kgf/cm2).
  • Das Messverfahren läuft im Wesentlichen folgendermaßen ab: Eine Probe, die von einem speziell angefertigten Probenehmer genommen wurde, wird in den oben genannten Wasserstoffanalysator gelegt, wobei die Probe in dem Probenehmer enthalten ist. Der diffusionsfähige Wasserstoff darin wird durch das Stickstoff-Trägergas einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor zugeführt. Dieser diffusionsfähige Wasserstoff wird bei dem vorliegenden Beispiel nicht gemessen. Dann wird die Probe aus dem Probenehmer herausgenommen und in einem Ofen mit Widerstandserhitzung erwärmt. Dann wird der nicht diffusionsfähige Wasserstoff durch das Stickstoff-Trägergas dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor zugeführt. Durch die Messung der Wärmeleitfähigkeit in dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor kann die Menge des nicht diffusionsfähigen Wasserstoffs bestimmt werden.
  • (2) Messen der Korngröße
  • Das Messen der Korngröße erfolgte auf der Basis der Japanischen Industrienorm JIS G 0551, dem Austenitkorngrößen-Testverfahren für Stahl.
  • (3) Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
  • Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wurde auf der Basis der Japanischen Industrienorm JIS Z 2242 durchgeführt, dem Testverfahren für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei Metallwerkstoffen. Ein Probestück mit U-Kerbe (Probestück nach JIS Nr. 3) gemäß JIS Z 2202 wurde verwendet.
  • (4) Messung der Bruchspannungswerte
  • 14 zeigt ein Probestück für eine Bruchfestigkeitsprüfung mit statischem Druck (Messen der Bruchspannungswerte). Eine Belastung wird in der Richtung auf das Probestück ausgeübt, welche in der Figur mit P bezeichnet wird, und die Belastung wird gemessen, bis das Probestück bricht. Dann wird die erhaltene Bruchlast gemäß einer Spannungsformel für einen gekrümmten Träger, wie nachfolgend gezeigt, in einen Spannungswert umgewandelt. Das Probestück ist nicht auf das in 14 dargestellte Probestück beschränkt. Es kann auch ein Probestück mit einer anderen Form verwendet werden.
  • Angenommen, bei dem in 14 dargestellten Probestück ist σ1 die Faserspannung an der konvexen Oberfläche des Probestücks, und σ2 ist die Faserspannung an der konkaven Oberfläche desselben. Dann werden σ1 und σ2 durch die nachfolgenden Gleichungen bestimmt (JSME Handbuch des Maschinenbauers, Buch A4, Werkstoffe und Mechanik, A4–40). In diesem Fall steht N für die Axialkraft über den Querschnitt, der die Achse eines kreisförmigen Probestücks aufweist, A steht für die Querschnittsfläche desselben, und e1 und e2 stehen jeweils für den Außenradius und den Innenradius desselben. κ steht für das Widerstandsmoment des gekrümmten Trägers. σ1 = (N/A) + {M/(Aρ0)}[1 + e1/{κ(ρ0 + e1)}] σ2 = (N/A) + {M/(Aρo)}[1 – e2/{κ(ρ0 – e2)}] κ = –(1/A)∫A{η/(ρ0 + η)}dA
  • (5) Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung
  • Die Testbedingungen für die Prüfung der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung sind in Tabelle 2 dargestellt. Die 15A und 15B sind schematische Darstellungen eines Prüfgeräts zum Prüfen der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung, wobei jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht desselben dargestellt sind. In den 15A und 15B wird ein Probestück 18 für die Prüfung der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung von einer Antriebswalze 12 angetrieben und dreht sich, während es mit Kugeln 16 in Kontakt ist. Die Kugeln 16 sind ¾ Zoll große Kugeln und werden von Führungswalzen 14 derart geführt, dass sie sich drehen und gleichzeitig einen hohen Kontaktdruck zwischen dem Probestück 18 für die Prüfung der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung und sich selbst aufrechterhalten.
  • Die Testergebnisse des Beispiels I, die in Tabelle 1 dargestellt sind, werden nachfolgend beschrieben.
  • (1) Wasserstoffmenge
  • Das herkömmliche karbonitrierte Probestück, das der Behandlung durch Karbonitrieren ohne andere nachfolgende Behandlungen unterzogen wurde, hatte einen sehr hohen Wert von 0,72 ppm. Der Grund hierfür wird darin gesehen, dass der Ammoniak (NH3), der in der Umge bungsatmosphäre zum Karbonitrieren enthalten ist, sich auflöste und Wasserstoff in den Stahl eindrang. Andererseits betrug bei den Probestücken B, C und D die Wasserstoffmenge 0,37–0,40 ppm, was eine Verringerung um fast die Hälfte darstellt. Diese Wasserstoffmengen sind auf dem gleichen Niveau wie bei dem gewöhnlichen gehärteten Probestück.
  • (2) Korngröße
  • Wenn die Temperatur der zweiten Härtung niedriger ist als die der Härtung während des Karbonitrierens (erste Härtung), was bei den Probestücken B, C und D der Fall ist, wird die Austenitkorngröße deutlich verfeinert, was den Korngrößennummern 11 bis 12 entspricht. Die Probestücke E und F, das herkömmliche karbonitrierte Probestück und das gewöhnlich gehärtete Probestück hatten alle die Korngrößennummer 10, was zeigt, dass ihre Korngrößen größer sind als die der Probestücke B, C und D.
  • (3) Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
  • Gemäß der Tabelle 1 hatte das herkömmliche karbonitrierte Probestück einen Wert für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy von 5,33 J/cm2, doch die Probestücke B, C und D (Beispiele für die vorliegende Erfindung) hatten höhere Werte für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy, nämlich zwischen 6,30 und 6,65 J/cm2. Von diesen Probestücken haben die Probestücke, die der zweiten Härtung mit einer niedrigeren Härtungstemperatur unterzogen wurden, eher höhere Werte für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy. Das gewöhnlich gehärtete Probestück hatte einen hohen Wert für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy von 6,70 J/cm2.
  • (4) Messung der Bruchspannungswerte
  • Der Bruchspannungswert entspricht der Bruchfestigkeit. Gemäß der Tabelle 1 hat das herkömmliche karbonitrierte Probestück einen Bruchspannungswert von 2330 MPa. Im Vergleich hierzu haben die Probestücke B, C und D verbesserte Bruchspannungswerte von 2650 bis 2840 MPa. Das gewöhnlich gehärtete Probestück hat einen Bruchspannungswert von 2770 MPa. Hieraus wird der Schluss gezogen, dass die verbesserte Bruchfestigkeit der Probestücke B, C und D in hohem Maße von der Verringerung des Wasserstoffgehalts und von den feineren Austenitkorngrößen beeinflusst wird.
  • (5) Wälzermüdungstest
  • Gemäß Tabelle 1 hat das gewöhnlich gehärtete Probestück die kürzeste Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung L10, was die Tatsache widerspiegelt, dass es keine karbonitrierte Schicht im Bereich der äußeren Schicht hat. Im Vergleich hierzu ist die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung des herkömmlichen karbonitrierten Probestücks 3,1-mal länger. Die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung der Probestücke B, C und D ist gegenüber der des gewöhnlichen karbonitrierten Probestücks jeweils deutlich verbessert. Die Probestücke E und F haben fast die gleiche Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung wie das herkömmliche karbonitrierte Probestück.
  • Fasst man die obigen Ausführungen zusammen, so haben die Probestücke B, C und D (Beispiele für die vorliegende Erfindung) einen reduzierten Wasserstoffgehalt. Außerdem sind die Austenitkörner feiner und entsprechen der Nr. 11 oder einer höheren Nummer. Die Werte für die Kerbschlagzähigkeit nach Charpy, die Bruchfestigkeit und die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung sind allesamt besser.
  • (Beispiel II)
  • Nachfolgend wird das Beispiel II beschrieben. Eine Reihe von Tests wurden bei einem Material X, einem Material Y und einem Material Z, wie sie nachfolgend aufgelistet sind, durchgeführt. Als Rohmaterial für die Wärmebehandlung wurde Stahl nach der Japanischen Industrienorm JIS SUJ2 (1,0 Gew.% C, 0,25 Gew.% Si, 0,4 Gew.% Mn und 1,5 Gew.% Cr) für die Materialien X, Y und Z verwendet. Die Produktionsgeschichte der Materialien X, Y und Z ist wie folgt:
    Material X (Vergleichsbeispiel): Wurde nur einer gewöhnlichen Härtung unterzogen (ohne Karbonitrieren).
    Material Y (Vergleichsbeispiel): Wurde nur einer Behandlung durch Karbonitrieren unterzogen, gefolgt von Härten ohne zusätzliche Behandlung (herkömmliches Karbonitrierhärten). Die Karbonitriertemperatur betrug 845°C und wurde für 150 Minuten aufrechterhalten. Die Umgebungsatmosphäre für das Karbonitrieren war RX-Gas+Ammoniakgas.
  • Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung): Lagerstahl, der dem Wärmebehandlungsmuster gemäß 10 unterzogen wurde. Die Karbonitriertemperatur betrug 845°C und wurde für 150 Minuten aufrechterhalten. Die Umgebungsatmosphäre für das Karbonitrieren war RX-Gas+Ammoniakgas. Die endgültige Härtungstemperatur betrug 800°C.
  • (1) Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung
  • Die Testbedingungen und die Testvorrichtung für die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung sind so, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf Tabelle 2 und 15 beschrieben sind. Die Testergebnisse für die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung sind in Tabelle 3 dargestellt. Gemäß der Tabelle 3 hat das Material Y (Vergleichsbeispiel) eine Lebensdauer die 3,1-mal der Lebendauer L10 (Zeit, in der eines von zehn Probestücken bricht) des Materials X (Vergleichsbeispiel) entspricht, das nur einem gewöhnlichen Härten unterzogen wurde, was die Wirkung zeigt, dass durch Karbonitrieren eine längere Lebensdauer erzielt werden kann. Andererseits zeigt das Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) eine Lebensdauer, die 1,74-mal der Lebensdauer des Materials Y und 5,4-mal der Lebensdauer des Materials X entspricht. Man geht davon aus, dass der Hauptgrund für diese Verbesserung in der Verfeinerung der Mikrostruktur liegt. Tabelle 2
    Probestück Ø 12 × L22, zylindrisches Probestück
    Anzahl der Prüfungen 10
    Stahlkugel als Gegenstück ¾ Inch (19,05 mm)
    Kontaktdruck 5,88 Gpa
    Drehzahl unter Last 46240 cpm (Zyklen pro Minute)
    Schmiermittel Turbine VG68, Druckumlaufschmierung
    Tabelle 3
    Werkstoff Lebensdauer (Anzahl der Belastungen) Verhältnis L10
    L10 (× 104) L10 (× 104)
    Material X 8017 18648 1,0
    Material Y 24656 33974 3,1
    Material Z 43244 69031 5,4
  • (2) Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
  • Der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wurde unter Verwendung von Probestücken mit U-Kerbe gemäß der vorgenannten Norm JIS Z 2242 durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Das Material Y (Vergleichsbeispiel), das einer Behandlung durch Karbonitrieren unterzogen wurde, hat einen Kerbschlagzähigkeitswert, der nicht größer ist als der des Materials X (Vergleichsbeispiel), das gewöhnlich gehärtet wurde. Für das Material Z wurde der gleiche Wert erzielt wie für das Material X. Tabelle 4
    Werkstoff Kerbschlagzähigkeit nach Charpy (J/cm2) Verhältnis der Kerbschlagzähigkeit
    Material X 6,7 1,0
    Material Y 5,3 0,8
    Material Z 6,7 1,0
  • (3) Prüfung des Werts der statischen Bruchzähigkeit
  • 16 zeigt ein Probestück für die statische Bruchzähigkeitsprüfung. Ein Kerbenbereich dieses Probestücks wurde mit einem Vor-Riss von etwa 1 mm versehen. Dann wurde durch Dreipunktbiegen eine statische Last ausgeübt, und eine Bruchlast P wurde ermittelt. Für die Berechnung des Werts der Bruchzähigkeit (K1c-Wert) wurde die unten angegebene Gleichung (I) verwendet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Da die Tiefe des Vor-Risses größer war als die Tiefe der karbonitrierten Schicht, ergibt sich keine nennenswerter Unterschied zwischen dem Material X und dem Material Y (Vergleichsbeispiele). Das Mate rial Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) erzielte jedoch etwa den 1,2-fachen Wert der Vergleichsbeispiele. K1c = (PL√a/BW2){5,8 – 9,2(a/W) + 43,6 (a/W)2 – 75,3(a/W)3 + 77,5(a/W)4} (1) Tabelle 5
    Werkstoff Anzahl der Prüfungen K1c (MPa √m) K1c-Verhältnis
    Material X 3 16,3 1,0
    Material Y 3 16,1 1,0
    Material Z 3 18,9 1,2
  • (4) Prüfung der Bruchfestigkeit unter statischem Druck
  • Bei der Prüfung der Bruchfestigkeit unter statischem Druck wurden Probestücke verwendet, die eine in 16 dargestellte Form hatten, wie oben erwähnt. Gemäß der Figur wurde bei der Durchführung der Prüfung der Bruchfestigkeit unter statischem Druck eine Belastung in Richtung P ausgeübt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Das Material Y, das einer Behandlung durch Karbonitrieren unterzogen wurde, zeigt einen Wert, der etwas niedriger ist als der des Materials X, das gewöhnlich gehärtet wurde. Das Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) zeigt jedoch eine bessere Bruchfestigkeit unter statischem Druck als das Material Y, wodurch ein Wert erreicht wird, der mit dem Material X vergleichbar ist. Tabelle 6
    Werkstoff Anzahl der Prüfungen Bruchfestigkeit unter statischem Druck (kgf) Verhältnis der Bruchfestigkeit unter statischem Druck
    Material X 3 4200 1,00
    Material Y 3 3500 0,84
    Material Z 3 4300 1,03
  • (5) Rate der langfristigen Änderungen der Abmessungen
  • Die Ergebnisse der Messung der Rate der langfristigen Änderungen der Abmessungen bei einer über einen Zeitraum von 500 Stunden aufrechterhaltenen Temperatur von 130°C sind zusammen mit Werten betreffend die Oberflächenhärte und Mengen des Restaustenits (in einer Tiefe von 50 μm) in Tabelle 7 dargestellt. Aus der Figur wird ersichtlich, dass die langfristige Änderung der Abmessungen für das Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) im Vergleich zu der des Materials Y, das eine große Menge an Restaustenit enthält, auf die Hälfte oder weniger als die Hälfte unterdrückt wird. Tabelle 7
    Werkstoff Anzahl der Prüfungen Oberflächenhärte (HRC) Menge des Restaustenits γ (%) Rate der Änderung der Abmessungen (× 104) Verhältnis der Raten der Änderung der Abmessungen
    Material X 3 62,5 8,8 18 1,0
    Material Y 3 63,6 30,5 35 1,9
    Material Z 3 60,0 11,8 22 1,2
  • (6) Prüfung der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung bei Verschmutzung mit Fremdstoffen
  • Unter Verwendung eines Kugellagers 6206 der Nummer 6206 wurde die Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung unter der Bedingung der Verschmutzung mit Fremdstoffen ausgewertet, wobei eine vorgeschriebene Menge von Standard-Fremdstoffen eingeführt wurde. Die Testbedingungen und die Testergebnisse sind jeweils in den Tabellen 8 und 9 dargestellt. Im Vergleich zu dem Material X nahm die Lebensdauer des Materials Y, das dem herkömmlichen Karbonitrieren unterzogen wurde, um einen Faktor von etwa 2,5 zu, und die Lebensdauer des Materials Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) nahm um einen Faktor von etwa 2,3 zu. Obwohl das Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) eine geringere Menge an Restaustenit enthält als das Material Y (Vergleichsbeispiel), zeigt es aufgrund des Eindringens von Stickstoff und der verfeinerten Mikrostruktur fast den gleichen Wert einer langen Lebensdauer. Tabelle 8
    Last Fr = 6,86 kN
    Kontaktdruck Pmax = 3,2 GPa
    Drehzahl 2000 U/min
    Schmierung Tauchschmierung mit Turbine 56
    Menge der Fremdstoffe 0,4 g/1000 cc
    Fremdstoffe Korngröße 100–180 μm, Härte Hv 800
    Tabelle 9
    Werkstoff Lebensdauer L10 (h) Verhältnis der Lebensdauer L10
    Material X 20,0 1,0
    Material Y 50,2 2,5
    Material Z 45,8 2,3
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen ergibt sich, dass das Material Z (Beispiel der vorliegenden Erfindung) gleichzeitig den Anforderungen einer längeren Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung, einer verbesserten Bruchfestigkeit und einer verringerten Rate von langfristigen Änderungen der Abmessungen genügen kann. Diese drei Vorteile waren durch das herkömmliche Karbonitrieren schwer zu erreichen.
  • (Beispiel III)
  • Die Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse der Prüfung, die in Bezug auf das Verhältnis zwischen dem jeweiligen Stickstoffgehalt und der jeweiligen Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung unter der Bedingung einer Verschmutzung mit Fremdstoffen durchgeführt wurde. Das Vergleichsbeispiel 1 ist ein Fall, bei dem ein gehärtetes Standardprobestück verwendet wird, und das Vergleichsbeispiel 2 ist ein Fall, bei dem ein karbonitriertes Standardprobestück verwendet wird. Das Vergleichsbeispiel 3 entspricht einem Fall, bei dem das Probestück der gleichen Behandlung unterzogen wurde wie die Beispiele der vorliegenden Erfindung, mit Ausnahme dessen, dass es eine übermäßig hohe Menge Stickstoff enthält. Die Testbedingungen waren wie folgt:
    • Getestete Lager: Kegelrollenlager Nr. 30206 (Innen- und Außenring und Rollen bestehen aus kohlenstoffreichem Chromlagerstahl der zweiten Klasse (SUJ2)
    • Radiale Last: 17,64 kN
    • Axiale Last: 1,47 kN
    • Drehzahl: 2000 U/min
    • Verschmutzung mit harten Fremdstoffen: 1 g/L
  • Tabelle 10
    Stickstoffgehalt (%) Restaustenit (%) Härte (Hv) Lebensdauer im Verh. zur Wälzermüdung unter Verschmutzungsbedingungen (h) Austenit-Korngröße
    Beispiele 1 0,11 14 725 321 11,8
    2 0,16 18 735 378 12,0
    3 0,18 20 730 362 11,9
    4 0,32 22 730 396 12,1
    5 0,61 24 715 434 12,2
    Vergleichsbeispiele 1 2 3 0 0,32 0,72 8 32 31 770 710 700 72 155 123 9,8 10,0 12,0
  • Aus Tabelle 10 wird ersichtlich, dass bei den Beispielen 1–5 der jeweilige Stickstoffgehalt und die jeweilige Lebensdauer unter Verschmutzungsbedingungen fast in proportionalem Verhältnis stehen. Berücksichtigt man jedoch, dass das Vergleichsbeispiel 3, bei dem der Stickstoffgehalt 0,72 betrug, eine extreme Verringerung der Lebensdauer im Verhältnis zur Wälzermüdung unter Verschmutzungsbedingungen zeigt, so ist es zu bevorzugen, dass der maximale Stickstoffgehalt 0,7 ist.
  • 17 zeigt schematisch einen Aufbau eines Differentials eines Automobils, bei dem ein Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann. Dieses Differential überträgt die Antriebskraft des Motors von der Gelenkwelle (in der Figur nicht dargestellt) zu den Antriebswellen auf der rechten und linken Seite (in der Figur nicht dargestellt). Das Ausgleichkegelrad 22, das im Differentialgehäuse 21 angeordnet ist, steht mit dem Hohlrad 24 in Eingriff, das an dem Ausgleichgehäuse 23 befestigt ist, und die Ritzel 25, die im Inneren des Ausgleichsgehäuses 23 vorgesehen sind, stehen mit den Hinterachswellenrädern 26 in Eingriff, die mit den Antriebswellen verbunden sind, welche von beiden Seiten in das Ausgleichsgehäuse 23 eingesetzt sind. In diesem Differential werden das Ausgleichskegelrad 22 und das Ausgleichsgehäuse 23, die einen Kraftübertragungsweg darstellen, jeweils von einem Paar von Kegelrollenlagern 1a und einem weiteren Paar von Kegelrollenlagern 1b gestützt.
  • Das Differentialgehäuse 21 ist im Inneren mit einem Schmiermittel versehen und durch Dichtungselemente 27a, 27b und 27c abgedichtet. Die Kegelrollenlager 1a und 1b rotieren, während ihre unteren Bereiche in ein Ölbad aus dem Schmiermittel getaucht sind, so dass das Schmiermittel in dem Ölbad in die Lager fließt.
  • 18 zeigt einen Aufbau eines Automobilgetriebes, bei dem das vorgenannte Kegelrollenlager Anwendung finden kann. Bei diesem Getriebe handelt es sich um ein Synchrongetriebe, und in der Figur befindet sich der Motor auf der linken Seite und die Antriebsräder sind auf der rechten Seite. Das Kegelrollenlager 43 befindet sich zwischen der Hauptantriebswelle 41 und dem Hauptantriebszahnrad 42. Bei diesem Beispiel ist die Laufrille des Außenrings des Kegelrollenlagers 43 direkt auf dem Innenumfang des Hauptantriebszahnrads 42 ausgebildet. Das Hauptantriebszahnrad 42 wird von dem Kegelrollenlager 44 dreh bar an dem Gehäuse 45 gestützt. Das Kupplungszahnrad 46 ist mit dem Hauptantriebszahnrad 42 verbunden, und der Synchronmechanismus 47 ist nahe bei dem Kupplungszahnrad 46 angeordnet.
  • Der Synchronmechanismus 47 weist eine Muffe 48 auf, die sich durch die Wirkung eines Wahlschalters (nicht dargestellt) in axialer Richtung (in der Figur nach links und nach rechts) bewegt, einen Synchronisierriegel 49, der am Innenumfang der Muffe 48 so installiert ist, dass er sich in axialer Richtung frei bewegen kann, eine Nabe 50, die mit dem Außenumfang der Hauptantriebswelle 41 in Eingriff steht, einen Synchronring 51, der gleitend am Außenumfang (konischer Bereich) des Kupplungszahnrads 46 angebracht ist, und einen Druckstift 52 sowie eine Feder 53, die den Synchronisierriegel 49 federnd gegen den Innenumfang der Muffe 48 drücken.
  • In dem in der Figur dargestellten Zustand werden die Muffe 48 und der Synchronisierriegel 49 durch den Druckstift 52 in neutraler Position gehalten. In diesem Moment läuft das Hauptantriebszahnrad 42 relativ zur Hauptantriebswelle 41 im Leerlauf. Wenn sich dann die Muffe 48 durch die Wirkung des Wahlschalters bewegt, beispielsweise in axialer Richtung von der in der Figur dargestellten Position nach links, folgt der Synchronisierriegel 49 der Muffe 48 und bewegt sich in axialer Richtung nach links, wodurch der Synchronring 51 auf die schräg geneigte Fläche des konischen Bereichs des Kupplungszahnrads 46 gedrückt wird. Hierdurch wird die Drehzahl des Kupplungszahnrads 46 verringert und umgekehrt die Drehzahl auf der Seite des Synchronmechanismus' 47 erhöht. Wenn sich die Drehzahlen von beiden synchronisieren, bewegt sich die Muffe 48 in axialer Richtung weiter nach links und kommt mit dem Kupplungszahnrad 46 in Eingriff, wodurch die Hauptantriebswelle 41 und das Hauptantriebszahnrad 42 über den Synchronmechanismus 47 verbunden werden. Folglich drehen sich die Hauptantriebswelle 41 und das Hauptantriebszahnrad 42 synchron.
  • Bei dem in 2A und 2B dargestellten Kegelrollenlager treffen der Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle 4 und der Scheitelwinkel des Kegelwinkels der Laufrillen 2a und 3a der Innen- und Außenringe 2 und 3 an dem einzigen Punkt O auf der Mittelachse des Kegelrollenlagers 1 zusammen, wie in 20 dargestellt. Folglich kann die Kegelrolle 4 entlang den Laufrillen 2a und 3a rollen und sich entlang den Laufrillen 2a und 3a bewegen.
  • Wie vergrößert in 21 dargestellt, weist die Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2 eine konische Fläche a und eine Rücknahmefläche b auf, die einen kreisförmigen Querschnitt hat und in radialer Richtung glatt zur Außenseite der konischen Fläche a führt. Die Fläche 2b des größeren Flansches ist mit einer Abschrägung c auf der Außenseite in radialer Richtung der Rücknahmefläche b versehen. Die konische Fläche a ist um den Punkt O herum ausgebildet, der in 20 dargestellt ist. Darüber hinaus besteht die Endfläche größeren Durchmessers 4a der Kegelrolle 4 aus einem zum Teil kugelförmigen Bereich mit einem Krümmungsradius R, der in geeigneter Weise kleiner ist als der Abstand R0 von dem Punkt O zur Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2. Der zum Teil kugelförmige Bereich ist im mittleren Bereich desselben mit einer kreisförmigen Ausnehmung 4b versehen. Das äußere Umfangsende dieser Ausnehmung 4b befindet sich in der Nähe der Grenze zwischen der konischen Fläche a und der Rücknahmefläche b der Fläche 2b des größeren Flansches.
  • Wie oben erwähnt, wird während des Betriebs des Lagers beim Rollen der Kegelrolle 4 die Endfläche 4a größeren Durchmessers gegen die Fläche 2b des größeren Flansches gedrückt. Somit kommt ein Teil des zum Teil kugelförmigen Bereichs, der die Endfläche größeren Durchmessers 4a darstellt, mit der konischen Fläche a in Kontakt, was zu einer Kontaktellipse L zwischen diesen Flächen führt (21 zeigt den Querschnitt). Die Grenze zwischen der konischen Fläche a und der Rücknahmefläche b ist in der Nähe der Außenkante der Kontaktellipse L positioniert, und der zum Teil kugelförmige Bereich 18a und die Rücknahmefläche b bilden einen keilförmigen Spalt mit spitzem Winkel nahe der Kontaktellipse L. Je größer die axiale Last während des Betriebs des Lagers ist, desto größer wird die Kontaktellipse L. Somit wird dadurch, dass von der größten Kontaktellipse unter der maximal zulässigen axialen Last ausgegangen wird, und dass die Grenze zwischen der konischen Fläche a und der Rücknahmefläche b in der Nähe der Außenkante dieser größten Kontaktellipse festgelegt wird, gewährleistet, dass der keilförmige Spalt, der das Schmiermittel hineinzieht, für die gesamte Bandbreite der nutzbaren Last in geeigneter Weise gebildet wird.
  • Wie bereits erwähnt, ist bei dem Kegelrollenlager der vorliegenden Ausführungsform die gekrümmte Rücknahmefläche so ausgebildet, dass sie glatt in die konische Fläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings übergeht, die mit der Endfläche größeren Durchmes sers der Kegelrolle in Kontakt steht. Dann wird der keilförmige Spalt in spitzem Winkel außerhalb des Kontaktbereichs gebildet, so dass die Funktion des Hineinziehens des Schmiermittels in den Kontaktbereich verbessert wird. Folglich wird ein ausreichender Ölfilm dazwischen gebildet. Darüber hinaus ermöglicht es die Bildung dieser glatten Rücknahmefläche, Schäden aufgrund eines Stoßes der Kegelrolle auf die Fläche des größeren Flansches des Innenrings während des Schräglaufs der Kegelrolle zu verhindern. Außerdem kann dadurch, dass eine Getriebewelle durch dieses Kegelrollenlager gestützt wird, ein Wartungszyklus für eine Vorrichtung zum Stützen der Getriebewelle erheblich verlängert werden.
  • Eine in 22 dargestellte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die Fläche 2c des kleineren Flansches des Innenrings 2 und die Endfläche kleineren Durchmessers 4c der Kegelrolle 4 parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch, dass die Fläche 2c des kleineren Flansches des Innenrings 2 parallel zur Endfläche kleineren Durchmessers 4c der sich auf der Laufrille 2a befindenden Kegelrolle 4 ausgerichtet wird, können Wirkungen der Änderung der Abmessungen und Formen der Abschrägung der Endfläche kleineren Durchmessers 4c der Kegelrolle 4 auf den Spalt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers 4a der Kegelrolle 4 und der Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2 im anfänglichen montierten Zustand ausgeschlossen werden (dieser Spalt entspricht einem Spalt s zwischen der Endfläche kleineren Durchmessers 4c und der Fläche 2c des kleineren Flansches des Innenrings 2, wenn sich die Kegelrolle 4 in einer richtigen Position setzt). Mit anderen Worten: Selbst wenn die Abmessungen und die Form der Abschrägung der Endfläche kleinen Durchmessers 4c unterschiedlich sind, bilden die Endfläche kleineren Durchmessers 4c und die Fläche 2c des kleineren Flansches, die parallel zueinander liegen, im anfänglichen montierten Zustand einen Oberflächenkontakt, wie durch eine gestrichelte Linie in 22 dargestellt. Somit ist in diesem Moment der Spalt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers 4a und der Fläche 2b des größeren Flansches immer konstant. Dies beseitigt die Schwankung der Zeit, die für jede Kegelrolle 4 notwendig ist, um sich in einer richtigen Position zu setzen, wodurch die Einlaufzeit des Lagers reduziert wird.
  • Das Verhältnis eines Krümmungsradius' R der Endfläche größeren Durchmessers 4a der Kegelrolle 4 zu einem Abstand R0 von dem Punkt O zur Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2, nämlich R/R0, ist auf einen Bereich von 0,75 bis 0,87 festgelegt (siehe 20). Darüber hinaus wird die Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2 bis zu einer Rautiefe Ra = 0,12 μm geschliffen. Anstatt des Schleifens kann die Fläche des kleineren Flansches des Innenrings beispielsweise auch durch Drehen spanabhebend bearbeitet werden, um Kosten zu reduzieren.
  • Als Beispiele wurden mehrere Kegelrollenlager angefertigt (Beispiele 6 bis 9 in der Tabelle 11). Bei diesen Lager war der Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers 4a der Kegelrolle 4 so, dass R/R0 im Bereich von 0,75 bis 0,87 lag, und die Rautiefe Ra der Fläche 2b des größeren Flansches des Innenrings 2 betrug 0,12 μm. Außerdem wurde die Fläche 2c des kleineren Flansches durch Schleifen parallel zur Endfläche kleineren Durchmessers 4c der Kegelrolle 4 ausgebildet. Die Abmessungen des Lagers waren bei allen Lagern 40 mm Innendurchmesser und 60 mm Außendurchmesser. Als Vergleichsbeispiele wurden weitere Kegelrollenlager angefertigt, bei welchen die Werte R/R0 von dem vorgenannten Bereich abweichen und die Fläche des kleineren Flansches des Innenrings nach außen hin in Bezug auf die Endfläche kleineren Durchmessers des Kegelrollenlagers schräg gestellt war (Vergleichsbeispiele 4 bis 6 in Tabelle 11). Die Abmessungen des Lagers entsprachen denen der Beispiele.
  • Ein Test über die Verhinderung von Fressen wurde unter Verwendung eines Rotationsprüfgeräts bei den Kegelrollenlagern der Beispiele und der Vergleichsbeispiele durchgeführt. Außerdem wurde bei den Kegelrollenlagern des Beispiels 7 und des Vergleichsbeispiels 5 auch ein Einlauftest durchgeführt. Die Anzahl der Probestücke für den Einlauftest betrug bei dem Beispiel 7 66 und bei dem Vergleichsbeispiel 5 10. Die Testbedingungen für den Test über die Verhinderung von Fressen waren wie folgt:
    • Last: 19,61 kN
    • Drehzahl: 1000 bis 3500 U/min
    • Schmiermittel: Turbine VG56 (Schmiermittelzufuhr von 40 ml/min., Zufuhrtemperatur 40°C ± 3°C)
  • Tabelle 11
    Getestetes Lager Krümmungsradius R/R0 Rautiefe Ra (μm) Schwellendrehzahl für Fressen im Dauertest über die Verhinderung von Fressen (U/min) Anzahl der Rotationen vor dem Setzen im Einlauftest (Rotationen)
    Durchschnitt Standardabweichung
    Beispiele 6 0,75 0,12 2700 - -
    7 0,80 0,12 3500 2,96 0,56
    8 0,85 0,12 3000 - -
    9 0,87 0,12 2700 - -
    Vergleichsbeispiele 4 0,70 0,12 2200 - -
    5 0,94 0,12 2500 6,00 1,33
    6 0,94 0,25 2200 - -
  • Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 11 dargestellt. Das Fressen im Test zur Verhinderung von Fressen trat zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle auf.
  • Alle Kegelrollenlager der Vergleichsbeispiele zeigen Schwellendrehzahlen für das Fressen im Test über die Verhinderung von Fressen von 2700 U/min. oder weniger, was unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen für Differentiale oder Ähnliches zu einigen Problemen führen kann. Das Vergleichsbeispiel 6, das eine grobe Rautiefe Ra der Fläche des größeren Flansches aufweist, zeigt eine niedrigere Schwellendrehzahl für das Fressen als das Vergleichsbeispiel 5, das den gleichen Krümmungsradius R hat.
  • Die Ergebnisse des Einlauftests zeigen, dass im Fall der Vergleichsbeispiele die durchschnittliche Anzahl der Rotationen, die erforderlich ist, damit sich die Kegelrolle in einer angemessenen Position setzt, 6 ist. Bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung ist sie jedoch 2,96, d.h. fast die Hälfte der Vergleichsbeispiele. Es ist ersichtlich, dass die Standardabweichung der Streuung der Anzahl von Rotationen bei den Beispielen gleich ist und dass die Einlaufzeit zuverlässig reduziert werden kann.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist bei dem Kegelrollenlager der vorliegenden Ausführungsform der Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle so festgelegt, dass R/R0 in einem Bereich von 0,75 bis 0,87 liegt.
  • Außerdem weist die Fläche des kleineren Flansches des Innenrings eine Fläche auf, die parallel zu der Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle ist. Daher können der Drehmomentverlust und die Erzeugung von Wärme aufgrund der Gleitreibung zwischen der Fläche des größeren Flansches des Innenrings und der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle reduziert werden, wodurch verhindert wird, dass ein Fressen auftritt. Darüber hinaus kann die Einlaufzeit reduziert werden, wodurch die Effizienz der Montagearbeit für das Lager verbessert wird. Außerdem kann die Haltbarkeit einer Vorrichtung zum Stützen einer Getriebewelle für ein Automobil verbessert werden.
  • Die hier offenbarten Ausführungsformen sind in allen Aspekten nur als Veranschaulichung, aber nicht als Einschränkung anzusehen. Die vorliegende Erfindung ist eher durch den Umfang der Ansprüche als durch die Beschreibung der vorgenannten Ausführungsformen definiert, und alle Modifikationen im Umfang der Ansprüche und innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzumfangs der Ansprüche sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (8)

  1. Kegelrollenlager mit einem Innenring, einem Außenring, einer Vielzahl von Kegelrollen, die drehbar zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und einem Käfig, der die Kegelrollen in vorherbestimmten Abständen entlang einem Umfang hält, wobei ein Rollenkoeffizient γ größer ist als 0,94, mindestens eines der Elemente Innenring, Außenring und Kegelrollen eine mit Stickstoff angereicherte Schicht aufweist, und eine Korngrößennummer von Austenitkörnern in der mit Stickstoff angereicherten Schicht in einem Bereich liegt, der größer ist als die Nummer 10, eine Fläche des größeren Flansches des Innenrings sich aus einer konischen Fläche, die mit einer Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle in Kontakt steht, und einer Rücknahmefläche, die glatt zur Außenseite der konischen Fläche führt und von der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle weg gekrümmt ist, zusammensetzt, eine Fläche des kleineren Flansches des Innenrings eine Fläche aufweist, die parallel zu einer Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrolle ist, ein Krümmungsradius R der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle und ein Abstand R0 vom Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle zur Fläche des größeren Flansches des Innenrings so festgelegt sind, dass R/R0 im Bereich von 0,75 bis 0,87 liegt, der Käfig einen ringförmigen Bereich aufweist, der auf der Seite der Endfläche kleineren Durchmessers der Kegelrollen liegt, einen ringförmigen Bereich, der auf der Seite der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrollen liegt, und eine Vielzahl von Säulenbereichen, die diese ringförmigen Bereiche verbinden, eine Tasche zur Aufnahme der Kegelrolle zwischen benachbarten Säulenbereichen ausgebildet ist, eine Kegelfläche, die mit einer Wälzfläche der Rolle in Kontakt steht, auf beiden Seiten einer Innendurchmesserfläche des Säulenbereichs ausgebildet ist, und eine Länge der Kegelfläche in Richtung der Breite 5% oder mehr und weniger als 11% eines durchschnittlichen Durchmessers der Rollen beträgt.
  2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1, bei dem eine Querschnittsform der Rücknahmefläche kreisbogenförmig ist.
  3. Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine kreisförmige Ausnehmung im mittigen Bereich der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle vorgesehen ist und die äußere Umfangskante der Ausnehmung sich in der Nähe einer Grenze zwischen der konischen Fläche und der Rücknahmefläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings befindet.
  4. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem die Grenze zwischen der konischen Fläche und der Rücknahmefläche der Fläche des größeren Flansches des Innenrings sich in der Nähe eines Außenumfangs einer maximalen Kontaktellipse befindet, die sich aus einem Kontakt zwischen der Endfläche größeren Durchmessers der Kegelrolle und der Fläche des größeren Flansches des Innenrings ergibt.
  5. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem eine Rautiefe Ra der Fläche des größeren Flansches des Innenrings in einem Bereich von 0,05 bis 0,20 μm liegt.
  6. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem eine Dicke des Säulenbereichs 5% oder mehr und weniger als 17% des durchschnittlichen Durchmessers der Rollen beträgt.
  7. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem ein Stickstoffgehalt der mit Stickstoff angereicherten Schicht in einem Bereich von 0,1% bis 0,7% liegt.
  8. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1–7, bei dem ein Fensterwinkel der Tasche des Käfigs 55° oder mehr und 80° oder weniger beträgt.
DE102007052429A 2006-11-08 2007-11-02 Kegelrollenlager Ceased DE102007052429A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-303011 2006-11-08
JP2006303011A JP2008121706A (ja) 2006-11-08 2006-11-08 円すいころ軸受

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007052429A1 true DE102007052429A1 (de) 2008-05-21

Family

ID=39311433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007052429A Ceased DE102007052429A1 (de) 2006-11-08 2007-11-02 Kegelrollenlager

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2008121706A (de)
DE (1) DE102007052429A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008034243A1 (de) 2008-07-23 2010-01-28 Schaeffler Kg Kegelrollenlager
CN112443581A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 洛阳新强联回转支承股份有限公司 一种高精度低摩擦特大型轴承实体保持架及其加工方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6389031B2 (ja) 2013-06-10 2018-09-12 Ntn株式会社 円錐ころ軸受
JP6369211B2 (ja) * 2014-08-11 2018-08-08 株式会社ジェイテクト ころ軸受
JP7272767B2 (ja) * 2017-09-28 2023-05-12 Ntn株式会社 円錐ころ軸受
EP3690265B1 (de) * 2017-09-28 2022-12-14 NTN Corporation Kegelförmiges kugellager
WO2019065753A1 (ja) * 2017-09-28 2019-04-04 Ntn株式会社 円錐ころ軸受
JP2019066041A (ja) * 2017-09-28 2019-04-25 Ntn株式会社 円錐ころ軸受
JP6608982B2 (ja) 2018-03-28 2019-11-20 Ｎｔｎ株式会社 円錐ころ軸受

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4165947B2 (ja) * 1998-12-03 2008-10-15 Ｎｔｎ株式会社 円錐ころ軸受および車両用歯車軸支持装置
JP2005147364A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Nakanishi Metal Works Co Ltd ころ軸受用保持器及びその製造方法
JP4800599B2 (ja) * 2004-07-05 2011-10-26 Ｎｔｎ株式会社 円すいころ軸受
JP2006112557A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Ntn Corp 円すいころ軸受

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008034243A1 (de) 2008-07-23 2010-01-28 Schaeffler Kg Kegelrollenlager
CN112443581A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 洛阳新强联回转支承股份有限公司 一种高精度低摩擦特大型轴承实体保持架及其加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008121706A (ja) 2008-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112007001806B4 (de) Kegelrollenlager
DE102007052429A1 (de) Kegelrollenlager
DE19900858B4 (de) Kegelrollenlager
EP2171297B1 (de) Schrägkugellager in tandemanordnung sowie lageranordnung mit dem schrägkugellager
DE102007028888B4 (de) Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit eines Bauteils
DE19956971B4 (de) Kegelrollenlager und Getriebewellen-Lagervorrichtung
DE102005019482B4 (de) Kegelrollenlager
DE19501391C2 (de) Kontinuierlich variables Toroidgetriebe
EP1774187B1 (de) Maschinenelement für wälzbelastung
EP1774188B1 (de) Hybridwälzlager
US7296933B2 (en) Tapered roller bearing
DE102012210689A1 (de) Vorrichtung mit gegeneinander beweglichen Elementen, vorzugsweise Planetentrieb
DE102005059032A1 (de) Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Rillenwälzlager
EP1709338A1 (de) Zweireihiges wälzlager
DE112019001585T5 (de) Kegelrollenlager
DE102005059033A1 (de) Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Rillenwälzlager
DE112004001919T5 (de) Wälzlager
DE19960803A1 (de) Wälzlager und Lagervorrichtung für Getriebewellen
CN108368869B (zh) 轴承用轴和轴承
DE102005024071A1 (de) Rollelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102020102403B4 (de) Zahnradvorrichtung des biegeeingriffstyps und verfahren zu deren herstellung
DE10018978A1 (de) Stufenloses Toroidgetriebe
DE19935148C2 (de) Wälzlager
DE102015225677B4 (de) Zweireihiges Pendelrollenlager
DE112020004401T5 (de) Kegelrollenlager

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20141010

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final