-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager und eine Rotationsvorrichtung mit dem Wälzlager.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Ein Wälzlager enthält einen Innenring, einen Außenring und mehrere Wälzkörper, die zwischen dem Innenring und dem Außenring vorgesehen sind. Zum Beispiel in einem Fall eines Wälzlagers, das eine Drehwelle in einem Gehäuse lagert, ist ein Innenring in einer von außen aufgesteckten Weise an der Drehwelle angebracht, und ein Außenring ist an einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses angebracht. Der Innenring und die Drehwelle sind in einem Zustand einer „Wring-Passung“ zusammengebaut, wohingegen der Außenring und das Gehäuse in einem Zustand einer „Spielpassung“ zusammengebaut sind. In diesem Fall kann ein Kriechvorgang (Gleiten des Außenrings über das Gehäuse in Umfangsrichtung) zwischen dem Außenring und dem Gehäuse in einem Betriebszustand, in dem die Drehwelle rotiert, auftreten.
-
Als Kriechvorgang gibt es drei Kriechvorgänge wie folgt. Es ist zu beachten, dass die folgende Lagerrotationsrichtung eine Rotationsrichtung des Innenrings, der ein Drehring ist, ist.
-
Erster Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring langsam in die gleiche Richtung wie die Lagerrotationsrichtung gleitet.
-
Zweiter Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring schnell in die gleiche Richtung wie die Lagerrotationsrichtung gleitet.
-
Dritter Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring schnell in eine der Lagerrotationsrichtung entgegengesetzte Richtung gleitet.
-
Um den ersten Kriechvorgang zu verhindern, wurde eine Technik, die in der japanischen nicht-geprüften Patentanmeldung
JP 2017-89845 A beschrieben ist, vorgeschlagen. In einem in der
JP 2017-89845 A beschriebenen Wälzlager ist eine Ringnut zum Verhindern eines Kriechvorgangs auf einer Außenumfangsoberfläche eines Außenrings, die als eine Passfläche zu einem Gehäuse dient, ausgebildet.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Mit dem in der
JP 2017-89845 A beschriebenen Wälzlager ist es möglich, den ersten Kriechvorgang zu verhindern. Der erste Kriechvorgang kann leicht auftreten, wenn eine große Last in Radialrichtung auf das Wälzlager wirkt.
-
Der zweite Kriechvorgang tritt in der gleichen Rotationsrichtung (Gleitrichtung) des Außenrings wie der erste Kriechvorgang auf, aber er tritt leicht in einem Zustand auf, in dem eine Last in Radialrichtung, die auf das Wälzlager wirkt, Null oder gering ist. Das heißt, in einem Fall, in dem die Last in Radialrichtung Null oder gering ist, wird betrachtet, dass der Außenring der Rotation des Innenrings folgt, so dass der zweite Kriechvorgang auftritt.
-
Der Auftrittsfaktor und der Mechanismus des Auftretens des zweiten Kriechvorgangs sind gänzlich unterschiedlich zu denen des ersten Kriechvorgangs. Dementsprechend kann der in der
JP 2017-89845 A beschriebene Aufbau allein den zweiten Kriechvorgang nicht verhindern. Es ist zu beachten, dass wenn ein Kriechvorgang auftritt, solch ein Problem auftritt, dass eine Innenumfangsoberfläche des Gehäuses (ein Gegenbauteil) verschlissen wird.
-
Die Erfindung sieht ein Wälzlager und eine Rotationsvorrichtung mit dem Wälzlager vor, von denen jede einen Kriechvorgang, der in einem Zustand, in dem eine Last in Radialrichtung Null oder gering ist, leicht auftritt, verhindern kann.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und mehreren Wälzkörpern, die zwischen dem Innenring und dem Außenring vorgesehen sind, wobei der Innenring oder der Außenring ein Drehring ist, der jeweils andere des Innenrings und des Außenrings ein Festring ist, der Festring an einem vorgeschriebenen Bauteil angebracht ist, und eine schwarze Oxidschicht mit einem gitterförmigen Riss auf einer Oberfläche einer Passfläche des Festrings und/oder einer Seitenfläche des Festrings ausgebildet ist, wobei die Passfläche dem vorgeschriebenen Bauteil in Radialrichtung des Wälzlagers zugewandt ist, wobei die Seitenfläche in Axialrichtung des Wälzlagers in Kontakt mit dem vorgeschriebenen Bauteil gelangt.
-
In dem Wälzlager gelangt eine schwarze Oxidschicht mit einem gitterförmigen Riss auf ihrer Oberfläche in Kontakt mit einem vorgeschriebenen Bauteil, mit anderen Worten, mit einem Gegenbauteil. Da der statische Reibkoeffizient durch den Riss erhöht ist, ist es möglich, einen Kriechvorgang des Festrings, der in einem Zustand, in dem eine Last in Radialrichtung Null oder gering ist, leicht auftritt, zu verhindern. Ferner ist es, auch wenn ein Kriechvorgang aufritt (auch wenn ein Kriechvorgang aufgrund anderer Faktoren auftritt), möglich, einen Abrieb des Gegenbauteils zu verhindern, weil die schwarze Oxidschicht des Festrings einen geringen dynamischen Reibkoeffizient hat.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann eine Belegung von Mikrorillen auf einer Oberfläche, auf der die schwarze Oxidschicht ausgebildet ist, gleich oder größer als 5% und gleich oder kleiner als 20% sein, wobei die Belegung ein Verhältnis eines Bereichs der Mikrorillen, die auf der schwarzen Oxidschicht ausgebildet sind und den Riss oder die Risse bilden, zu einem Bereich der Oberfläche ist.
-
Wenn die Belegung der Mikrorillen auf der Oberfläche der schwarzen Oxidschicht 5% oder höher ist, ist eine Funktion zum Erhöhen des statischen Reibkoeffizienten verbessert.
-
Ferner ist in der schwarzen Oxidschicht der statische Reibkoeffizient hoch, aber der dynamische Reibkoeffizient niedrig. Dadurch ist es wie oben beschrieben möglich, einen Kriechvorgang des Festrings, der in einem Zustand, in dem eine Last in Radialrichtung Null oder gering ist, leicht auftritt, zu verhindern und es ist, auch wenn ein Kriechvorgang auftritt (auch wenn ein Kriechvorgang aufgrund anderer Faktoren auftritt), möglich, einen Abrieb des Gegenbauteils zu verhindern.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann eine Schichtdicke der schwarzen Oxidschicht größer als 1 Mikrometer und gleich oder kleiner als 3 Mikrometer sein.
-
Mit diesem Aufbau kann die schwarze Oxidschicht, die verglichen mit einem Material (mit dem Festring) eine weiche Schicht ist, einen direkten Kontakt zwischen dem Festring und dem Gegenbauteil vermeiden, wodurch es möglich gemacht wird, einen Angriff gegen das Gegenbauteil zu verhindern, und ferner ist die schwarze Oxidschicht eine dicke Schicht mit einer Dicke größer als 1 Mikrometer, wie oben beschrieben, so dass eine Haltbarkeit der schwarzen Oxidschicht verbessert ist.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann die Passfläche eine Ringnut haben, und die Ringnut kann eine Tiefe haben, bei der ein unterer Abschnitt der Ringnut nicht in Kontakt mit dem vorgeschriebenen Bauteil gelangt, wenn eine Last in Radialrichtung, die gleich oder kleiner als ein vorgeschriebenen Wert ist, wirkt.
-
Mit diesem Aufbau kann ein Kriechvorgang, der leicht auftritt, wenn eine große Last in der Radialrichtung auf das Wälzlager wirkt, verhindert werden.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann jeder Wälzkörper eine Kugel sein, eine Umfangsoberfläche auf einer der Passfläche gegenüberliegenden Seite des Festrings kann eine Laufbahnnut, mit der die Kugel in Rollkontakt gelangt, aufweisen, und eine Kontaktoberfläche, die ausgebildet ist, wenn die Kugel in Kontakt mit der Laufbahnnut gelangt, kann sich vollständig innerhalb eines Bereichs, in dem die Ringnut ausgebildet ist, befinden, wobei der Bereich ein Bereich in Axialrichtung des Festrings ist.
-
Wenn eine Last in Radialrichtung auf das Wälzlager wirkt, tritt eine große elastische Verformung an einer Position, die in Radialrichtung von einer Kontaktellipse, die aufgrund des Kontakts zwischen der Kugel und der Laufbahnnut, die auf der der Passfläche gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, gebildet ist, auf der Passfläche des Festrings auf. Mit dem obigen Aufbau ist die Ringnut zum Verhindern eines Kriechvorgangs an einer Position ausgebildet, an der die elastische Verformung groß ist. Aus diesem Grund verformt sich der Festring in der Ringnut elastisch, so dass die elastische Verformung kaum an das Gegenbauteil übertragen wird, was es möglich macht, einen Effekt zum Verhindern eines Kriechvorgangs, der leicht auftritt, wenn eine große Last in Radialrichtung auf das Wälzlager wirkt, weiter zu erhöhen.
-
Gemäß dem obigen Aspekt können eine Last in Radialrichtung des Wälzlagers und eine Last in Axialrichtung des Wälzlagers auf das Wälzlager wirken, die Kontaktoberfläche kann eine elliptische Form haben, und eine virtuelle Linie, die sich in Radialrichtung von einer Mitte der Kontaktoberfläche aus erstreckt, kann einen unteren Abschnitt der Ringnut schneiden, wobei der untere Abschnitt ein tiefster Teil der Ringnut ist.
-
In diesem Fall kann ein Teil des Festrings, in dem eine große elastische Verformung auftritt, einem tiefsten Teil der Ringnut entsprechen. Dadurch wird die elastische Verformung des Festrings ferner kaum an das Gegenbauteil übertragen, so dass es möglich ist, einen Effekt zum Verhindern des Kriechvorgangs des Festrings weiter zu erhöhen.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann die Ringnut den unteren Abschnitt und geneigte Abschnitte aufweisen, der untere Abschnitt kann eine maximale Tiefe in der Ringnut haben und hat eine zylindrische Form, bei der die Tiefe entlang der Axialrichtung gleichmäßig ist, und die geneigten Abschnitt können in Axialrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des unteren Abschnitts angeordnet sind und sind ausgelegt, um die Tiefe der Ringnut in Axialrichtung des Wälzlagers zu gegenüberliegenden Enden der Ringnut hin abzuflachen.
-
Auch wenn eine Last in Axialrichtung auf das Wälzlager wirkt, schneidet in diesem Fall eine virtuelle Linie, die sich von der Mitte der Kontaktellipse aus in Radialrichtung erstreckt, den tiefsten unteren Abschnitt der Ringnut zum Verhindern eines Kriechvorgangs, so dass es möglich ist, einen Effekt zum Verhindern des Kriechvorgangs des Festrings weiter zu erhöhen.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann der Drehring an einem rotierenden Bauteil, das so rotiert, dass der Drehring in einer integralen Weise mit dem rotierenden Bauteil rotiert, angebracht sein, das vorgeschriebene Bauteil, an dem der Festring angebracht ist, kann nicht rotieren.
-
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine rotierende Vorrichtung mit einem erstem Bauteil, einem zweiten Bauteil und einem Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und mehreren Wälzkörpern, die zwischen dem Innenring und dem Außenring vorgesehen sind, wobei der Innenring oder der Außenring ein Drehring ist, der jeweils andere des Innenrings und des Außenrings ein Festring ist, der Drehring an dem ersten Bauteil angebracht ist, der Festring an dem zweiten Bauteil angebracht ist, und eine schwarze Oxidschicht mit einem gitterförmigen Riss auf einer Oberfläche einer Passfläche des Festring und/oder einer Seitenfläche des Festrings ausgebildet ist, wobei die Passfläche in Radialrichtung des Wälzlagers dem zweiten Bauteil zugewandt ist, wobei die Seitenfläche in Axialrichtung des Wälzlagers in Kontakt mit dem zweiten Bauteil gelangt.
-
Gemäß dem obigen Aspekt kann das erste Bauteil rotieren, so dass der Drehring in einer integralen Weise mit dem ersten Bauteil rotiert, und das zweite Bauteil kann nicht rotieren.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Kriechvorgang eines Festrings, der in einem Zustand, in dem eine Last in Radialrichtung Null oder gering ist, leicht auftritt, zu verhindern.
-
Figurenliste
-
Merkmale, Vorteil und eine technische und gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
- 1 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines Wälzlagers der Erfindung darstellt,
- 2 eine Ansicht ist, die eine Makrofotographie einer Oberfläche einer schwarzen Oxidschicht, die auf einer Passfläche eines Außenrings ausgebildet ist, darstellt,
- 3 eine konzeptionelle Zeichnung ist, die die schwarze Oxidschicht, die auf der Passfläche des Außenrings ausgebildet ist, darstellt,
- 4 eine Schnittansicht einer Kugel, des Außenrings und eines Gehäuses ist,
- 5 eine perspektivische Ansicht der Kugel und des Außenrings ist,
- 6 eine erläuternde Ansicht ist, die ein Wälzlager, das so ausgelegt ist, dass keine Ringnut auf einem Außenring ausgebildet ist, darstellt, und
- 7 eine Schnittansicht ist, die ein Wälzlager einer anderen Ausführungsform darstellt.
-
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen Gesamtaufbau eines Wälzlagers
-
1 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Wälzlagers der Erfindung darstellt. Ein in 1 dargestelltes Wälzlager 7 ist in einer rotierenden Vorrichtung, die ein Gehäuse 2 und eine Drehwelle 4 enthält, vorgesehen und lagert die Drehwelle 4 relativ zu dem Gehäuse 2 drehbar. Die Drehwelle 4 enthält einen Wellenabschnitt 4a mit einem kleinen Durchmesser, an dem das Wälzlager 7 in einer von außen aufgesteckten Weise angebracht ist, und einen Wellenabschnitt 4b mit einem großen Durchmesser, der einen Außendurchmesser hat, der größer als der des Wellenabschnitts 4a mit dem kleinen Durchmesser ist. Ein Innenring 11 des Wälzlagers 7 gelangt aus der Axialrichtung in Kontakt mit dem Wellenabschnitt 4b mit dem großen Durchmesser. Ein Ringabschnitt 5 ist auf einer ersten Seite in Axialrichtung einer Innenumfangsoberfläche 3 des Gehäuses 2 (nachfolgend auch als eine Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 bezeichnet) vorgesehen. Ein Außenring 12 des Wälzlagers gelangt aus der Axialrichtung in Kontakt mit dem Ringabschnitt 5.
-
Das Wälzlager 7 enthält den Innenring 11, der an der Drehwelle 4 in einer von außen aufgesteckten Weise angebracht ist, den Außenring 12, der an der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 angebracht ist, mehrere Kugeln (Wälzkörper) 13, die zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 vorgesehen sind, und einen ringförmigen Käfig 14, der die Kugeln 13 hält. Das in 1 dargestellte Wälzlager 7 ist ein Rillenkugellager.
-
Wenn das Wälzlager 7 die Drehwelle 4 lagert, wirkt eine Last in Radialrichtung auf das Wälzlager 7. Ferner kann die Last in Radialrichtung abhängig von einem Betätigungszustand der rotierenden Vorrichtung Null (keine Last) oder gering (geringe Last) werden. Der Ringabschnitt 5, das Wälzlager 7 und die Drehwelle 4 sind so vorgesehen, dass der Ringabschnitt 5 des Gehäuses 2 den Außenring 12 von der ersten Seite in Axialrichtung aus zu einer zweiten Seite in Axialrichtung drückt, und dass der Wellenabschnitt 4b mit dem großen Durchmesser der Drehwelle 4 den Innenring 11 von der zweiten Seite in Axialrichtung aus zu der ersten Seite in Axialrichtung drückt. Das heißt, eine Last in Axialrichtung kann auch auf das Wälzlager 7 wirken. Basierend auf dem Voranstehenden kann in dem Fall des in 1 dargestellten Wälzlagers 7 eine kombinierte Last aus der Last in Radialrichtung und der Last in Axialrichtung auf das Wälzlager 7 wirken. Es ist zu beachten, dass als ein anderes Beispiel der Erfindung das Wälzlager 7 so ausgelegt sein kann, dass die Last in Axialrichtung nicht auf das Wälzlager 7 wirkt, sondern nur die Last in Radialrichtung auf das Wälzlager 7 wirkt.
-
Der Innenring 11 und die Drehwelle 4 sind in einem Zustand einer „Wring-Passung“ zusammengebaut, und der Innenring 11 ist in einer Weise eines engen Kontakts an der Drehwelle 4 befestigt und kann in integraler Weise mit der Drehwelle 4 rotieren. Dagegen ist der Außenring 12 an dem Gehäuse 2, das in einem befestigten Zustand ist, angebracht, so dass der Außenring 12 an der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 in einem Zustand einer „Spielpassung“ angebracht ist. Der Zustand der „Spielpassung“ meint hier, dass der Außenring 12 und die Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 in einem Zustand aneinander befestigt sind, in dem Spiel zwischen dem Außenring 12 und der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 vorgesehen ist. Aus diesem Grund kann in einem Zustand, in dem die Drehwelle 4 zusammen mit dem Innenring 11 rotiert, ein Kriechvorgang (ein Gleiten des Außenrings 12 über das Gehäuse 2 in Umfangsrichtung) zwischen dem Außenring 12 und dem Gehäuse 2 auftreten. Es ist zu beachten, dass der Kriechvorgang später beschrieben wird.
-
Eine Innenringlaufbahnnut (Laufbahnoberfläche) 11a, auf der die Kugel 13 rollt, ist auf einer Außenumfangsoberfläche des Innenrings 11 ausgebildet, und eine Außenringlaufbahnnut (Laufbahnoberfläche) 12a, auf der die Kugel 13 rollt, ist auf einer Innenumfangsoberfläche des Außenrings 12 ausgebildet. Die Kugeln 13 sind in einem Ringraum 15 zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 vorgesehen, und wenn das Wälzlager 7 rotiert (wenn der Innenring 11 rotiert), rollen die Kugeln 13 in einem Zustand, in dem die Kugeln 13 durch den Käfig 14 gehalten werden, auf der Innenringlaufbahnnut 11a und der Außenringlaufbahnnut 12a.
-
Wie in 1 dargestellt haben entsprechende Querschnittsformen der Innenringlaufbahnnut 11a und der Außenringlaufbahnnut 12a eine Bogenform, die einen Krümmungsdurchmesser hat, der geringfügig größer als der Radius der Kugel 13 ist. Aus diesem Grund sind elliptische Kontaktoberflächen, wenn eine Last (die kombinierte Last) auf das Wälzlager 7 wirkt, zwischen der Kugel 13 und der Innenringlaufbahnnut 11a und zwischen der Kugel 13 und der Außenringlaufbahnnut 12a ausgebildet. Die elliptischen Kontaktoberflächen werden nachfolgend als Kontaktellipsen bezeichnet.
-
Der Innenring 11, der Außenring 12 und die Kugel 13 bestehen aus Kohlenstoffstahl und Lagerstahl wird in der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Die Drehwelle 4 besteht aus Kohlenstoffstahl und das Gehäuse 2 besteht aus einer Aluminiumlegierung (Metall).
-
Der Käfig 14 kann die Kugeln 13 in Abständen (in regelmäßigen Abständen) entlang der Umfangsrichtung halten, und zu diesem Zweck sind mehrere Taschen in dem Käfig 14 entlang der Umfangsrichtung ausgebildet, so dass die Kugeln 13 darin untergebracht sind. Der Käfig 14 der vorliegenden Erfindung besteht aus Harz.
-
In dem Wälzlager 7 der vorliegenden Erfindung ist der Außenring 12 als ein Festring an dem Gehäuse 2 (einem Gegenbauteil) angebracht und eine Außenumfangsoberfläche des Außenrings 12 dient als eine Passfläche 22 für das Gehäuse 2 (die Innenumfangsoberfläche 3). Eine schwarze Oxidschicht 20 (auch als eine Trieisen-Tetroxid-Schicht bezeichnet) ist auf der Passfläche 22 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die schwarze Oxidschicht 20 entweder auf der Passfläche 22 oder auf einer Seitenfläche 23 des Außenrings 12, die in Kontakt mit dem Gehäuse 2 (dem Gegenbauteil) gelangt, ausgebildet ist. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Ringnut 32 auf der Passfläche 22 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die schwarze Oxidschicht 20 auf der gesamten Oberfläche des Außenrings 12 ausgebildet, wenn ein vorgeschriebener Prozess (eine schwarze Oxidbeschichtung) an dem Außenring 12, an dem die Ringnut 32 ausgebildet ist, durchgeführt wird. Details der schwarzen Oxidschicht 20 und der Ringnut 32 werden später beschrieben.
-
Kriechvorgang
-
Hier wird ein Kriechvorgang, der zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außenring 12 auftritt, beschrieben. Die folgenden drei Kriechvorgänge werden als ein Kriechvorgang betrachtet, der in dem Wälzlager 7 auftreten kann. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die folgende Lagerrotationsrichtung eine Rotationsrichtung des Innenring 11, der ein Drehring ist, ist.
-
Erster Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring 12 langsam in die gleiche Richtung wie die Lagerrotationsrichtung gleitet.
-
Zweiter Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring 12 schnell in die gleiche Richtung wie die Lagerrotationsrichtung gleitet.
-
Dritter Kriechvorgang: Kriechvorgang, bei dem der Außenring 12 schnell in eine der Lagerrotationsrichtung entgegengesetzte Richtung gleitet.
-
Der erste Kriechvorgang tritt einfach auf, wenn eine große Last, die eine Komponente in Radialrichtung enthält, auf das Wälzlager 7 wirkt, und es wird betrachtet, dass der erste Kriechvorgang aufgrund des folgenden Mechanismus auftritt. Das heißt, in einem Fall, in dem eine große Last, die eine Komponente in Radialrichtung enthält, auf das Wälzlager 7 wirkt, nimmt die Kugel 13 eine schwere Last auf und durchläuft die Außenringlaufbahnnut 12a, und zu diesem Zeitpunkt, verformt sich eine Außenumfangsseite des Außenrings 12 direkt unter der Kugel 13 teilweise elastisch. Es ist zu beachten, dass in dem Fall des in 1 dargestellten Wälzlagers 7 zusätzlich zu der großen Last in Radialrichtung eine Last in Axialrichtung wirkt, und, wenn die kombinierte Last in einer Richtung einer geraden Linie L1 wirkt, sich der Außenring 12 elastisch verformt, so dass ein Betrag einer Spannung an einem Punkt P1 in einem radial äußeren Teil groß wird. Die gerade Linie L1 ist eine gerade Linie, die den Punkt P1 und einen Punkt P2, die Kontaktpunkte der Kugel 13 relativ zu dem Außenring 12 und dem Innenring 11 sind, verbindet. Da sich die Kugel 13 entlang der Außenringlaufbahnnut 12a bewegt, verformt sich der Außenring 12 in einer pulsierenden Weise (mit anderen Worten, der Außenring 12 wird in einer pulsierenden Weise versetzt). Dadurch wird in einem Fall, in dem die Ringnut 32 nicht ausgebildet ist, betrachtet, dass ein Relativgleiten in einem Kontaktbereich zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außenring 12 aufgrund einer elastischen Verformung (pulsierenden Versetzung) des Außenrings 12 auftritt, und das Relativgleiten verursacht den ersten Kriechvorgang. Der erste Kriechvorgang wird auch als ein „Spannungskriechvorgang“ bezeichnet.
-
Der zweite Kriechvorgang tritt in der gleichen Bewegungsrichtung (Gleitrichtung) des Außenrings 12 wie der erste Kriechvorgang auf, aber er tritt leicht in einem Zustand auf, in dem eine Last, die auf das Wälzlager 7 wirkt, Null oder gering ist. Das heißt, in einem Fall, in dem die Last Null oder gering ist, wird betrachtet, dass der Außenring 12 der Rotation des Innenrings 11 folgend rotiert, so dass der zweite Kriechvorgang auftritt. Der zweite Kriechvorgang wird auch als „schleppender Kriechvorgang“ bezeichnet.
-
Der dritte Kriechvorgang tritt in einer dem ersten Kriechvorgang und dem zweiten Kriechvorgang entgegengesetzten Bewegungsrichtung (Gleitrichtung) des Außenrings 12 auf, und es wird betrachtet, dass der dritte Kriechvorgang auftritt, so dass eine Last in Radialrichtung eine versetzte Last wird, zum Beispiel, so dass der Außenring 12 entlang der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 wirbelt.
-
Schwarze Oxidschicht 20
-
2 ist eine Ansicht, die eine Makrofotographie einer Oberfläche 21 der schwarzen Oxidschicht 20, die auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 ausgebildet ist, darstellt. Wie in 2 dargestellt, hat die schwarze Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform einen gitterförmigen Riss 55 auf der Oberfläche 21. Das heißt, viele Mikrorillen 51 sind auf der schwarzen Oxidschicht 20 ausgebildet, so dass die Mikrorillen 51 teilweise miteinander verbunden sind, und der gitterförmige Riss 55 wird durch die Mikrorillen 51 gebildet. Wie in 2 dargestellt, hat der Riss 55 ein Muster, das wie ein Schildkrötenpanzer aussieht.
-
Wie durch einen Pfeil A in 2 angedeutet beträgt zum Beispiel eine Abmessung (Maximalwert) B eines flachen Abschnitts 50, der durch die Mikrorillen 51 umgeben ist, etwa 10 Mikrometer. Es ist vorzuziehen, dass die Abmessung (Maximalwert) B des flachen Abschnitts 50 nicht kleiner als 5 Mikrometer, aber nicht größer als 20 Mikrometer ist. Es ist zu beachten, dass wenn ein Bereich eines Quadrats von 100 Mikrometern in der Höhe und 100 Mikrometern in der Breite auf der Oberfläche 21 der schwarzen Oxidschicht 20 als eine „Einheitsfläche“ betrachtet wird, die Abmessung B ein Durchschnittswert der flachen Abschnitte 50, die in der Einheitsfläche enthalten sind, ist.
-
3 ist eine konzeptuelle Zeichnung, die die schwarze Oxidschicht 20, die auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 ausgebildet ist, darstellt. Eine Schichtdicke T der schwarzen Oxidschicht 20 ist dicker als die in dem Stand der Technik. Genauer gesagt, ist die Schichtdicke T (Durchschnittswert) der schwarzen Oxidschicht 20 größer als 1 Mikrometer, aber nicht größer als 3 Mikrometer. In dem in 2 dargestellten Aufbau ist die Schichtdicke T (Durchschnittswert) größer als 2 Mikrometer, aber nicht größer als 3 Mikrometer.
-
In 3 ist es vorzuziehen, dass eine Breite (ein Durchschnittswert) D der Mikrorillen 51 nicht kleiner als 0,1 Mikrometer, aber nicht größer als 0,3 Mikrometer ist. Ferner ist eine Tiefe (ein Durchschnittswert) H der Mikrorillen 51 der gleiche wie die Dicke (die Schichtdicke T) der schwarzen Oxidschicht 20. Das heißt, der Riss 55 (die Mikrorillen 51) ist über die gesamte Länge der schwarzen Oxidschicht 20 in der Dickenrichtung ausgebildet. Das heißt, die schwarze Oxidschicht 20 ist ausgelegt, so dass ein flacher Abschnitt 50 aufgrund des Risses 55 von seinem benachbarten flachen Abschnitt 50 unterbrochen ist.
-
Die schwarze Oxidschicht 20 sollte den gitterförmigen Riss 55 zumindest auf der Oberfläche 21 haben, aber in der vorliegenden Ausführungform ist der gitterförmige Riss 55 mit einer Tiefe von der Oberfläche 21 der schwarzen Oxidschicht 20 zu der Außenumfangsoberfläche (der Passfläche 22) des Außenrings 12 ausgebildet. Wenn die Werte der Breite D und der Tiefe H der Mikrorillen 51 größer sind, wird eine Funktion zum Verhindern des zweiten Kriechvorgangs (des schleppenden Kriechvorgangs) größer, was später beschrieben wird.
-
Die Belegung der Mikrorillen 51, die auf der schwarzen Oxidschicht 20 ausgebildet sind und den Riss 55 bilden, auf der Oberfläche 21 beträgt 5% oder mehr und beträgt vorzugsweise 20% oder weniger. Es ist zu beachten, dass die Belegung eine Belegung in der Einheitsfläche ist. Das heißt, in einem Fall, in dem die Makrofotographie der Oberfläche 21 der schwarzen Oxidschicht 20 binärisiert ist (dargestellt in schwarz und weiß) (d.h. Teile, die den Mikrorillen 51 (dem Riss 55) entsprechen, sind in schwarz dargestellt, und andere flache Abschnitte 50 sind in weiß dargestellt), wird die Belegung in Übereinstimmung mit einer Formel (1) wie folgt erlangt.
(Bereich von Mikrorillen 51 in der Einheitsfläche) / (Einheitsfläche) x 100 % ...(1) Wenn die Belegung der Mikrorillen 51 5% oder mehr beträgt, ist eine Funktion zum Erhöhen des statischen Reibkoeffizienten der schwarzen Oxidschicht 20 verbessert.
-
Der statische Reibkoeffizient (Durchschnittswert) der schwarzen Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform ist nicht niedriger als 0,3, aber nicht höher als 0,4. Gemäß der später beschriebenen Messung ist der statische Reibkoeffizient der schwarzen Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform 0,35. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem kein Prozess durchgeführt wird (die schwarze Oxidschicht 20 nicht ausgebildet ist), der statische Reibkoeffizient etwa 0,23 ist.
-
Ein gemessener Wert des statischen Reibkoeffizienten ist ein Wert, der durch eine Messmaschine für einen statischen Reibkoeffizient (HEIDON-10), hergestellt durch Shinto Scientific Co., Ltd., gemessen wird. Die Messbedingung ist wie folgt: die Hubgeschwindigkeit ist 10 Grad / 6 Sekunden durchschnittlich, das Gewicht eines Flacheindringkörpers (JIS P 8147 von japanischen Industriestandards) ist 200g und die Größe des Flacheindringkörpers ist 75 x 35 Millimeter (Kontaktoberfläche), und die Umgebungstemperatur ist eine gewöhnliche Temperatur (20 Grad). Ein Teststück zur Evaluation ist SPCC (ein Typ eines kaltgewalzten Stahlblechs oder ein in den japanische Industriestandards vorgeschriebenes Stahlband), und die schwarze Oxidschicht 20 wird an dem Teststück ausgebildet.
-
In der schwarzen Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform wird der statische Reibkoeffizient durch den Riss 55 erhöht, aber der dynamische Reibkoeffizient ist niedrig wie die gesamte Oberfläche 21. Der dynamische Reibkoeffizient (Durchschnittswert) der schwarzen Oxidschicht 20 ist nicht kleiner als 0,075, aber nicht größer als 0,125. Aufgrund des dynamischen Reibkoeffizienten in diesem Bereich, ist eine Gleitperformance insbesondere hoch. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem kein Prozess durchgeführt wird (die schwarze Oxidschicht 20 nicht ausgebildet ist), die Obergrenze des dynamischen Reibkoeffizienten etwa 0,2 bis 0,25 ist.
-
Der gemessene Wert des dynamischen Reibkoeffizienten ist ein Wert, der durch einen Falex Test gemessen wird. Die Messbedingung ist wie folgt: die Lastanstiegsgeschwindigkeit ist 20,04 kgf/sec (Kraftkilogramm/Sekunde), die Drehzahl ist 290 rpm (Umdrehung/Minute), das Gleitumgebungsöl ist CVTF, und die Umgebungstemperatur ist eine gewöhnliche Temperatur (20 Grad). Ein Teststück zur Evaluation ist ausgelegt, so dass eine Stiftseite und eine Blockseite beide aus SCM415H (ein Typ eines in den japanischen Industriestandards vorgeschriebenen Stahls) bestehen, und die schwarze Oxidschicht 20 ist auf beiden ausgebildet.
-
Wie oben beschrieben ist in dem Wälzlager 7 der vorliegenden Ausführungsform die schwarze Oxidschicht 20 mit dem gitterförmigen Riss 55 auf der Oberfläche 21 auf der Passfläche 22 des Gehäuses 2, an dem der Außenring 12 angebracht ist, ausgebildet. In dem Wälzlager 7 gelangt die schwarze Oxidschicht 20 mit dem gitterförmigen Riss 55 auf der Oberfläche 21 in Kontakt mit dem Gehäuse 2. Da der statische Reibkoeffizient durch den Riss 55 wie oben beschrieben erhöht ist, ist es möglich, den zweiten Kriechvorgang (den schleppenden Kriechvorgang) des Außenrings 12, der in einem Zustand, in dem eine Last in Radialrichtung Null oder gering ist, leicht auftritt, zu verhindern. Ferner ist es möglich, auch wenn der Kriechvorgang auftritt (auch wenn der Kriechvorgang aufgrund anderer Faktoren auftritt), einen Abrieb des Gehäuses 2 zu verhindern, weil die schwarze Oxidschicht 20 des Außenrings 12 einen niedrigen dynamischen Reibkoeffizienten hat.
-
Wie in 3 beschrieben ist die Schichtdicke T (Durchschnittswert) der schwarzen Oxidschicht 20 in der vorliegenden Ausführungsform ferner größer als 1 Mikrometer, aber nicht größer als 3 Mikrometer. Daher ist die schwarze Oxidschicht 20 dicker als die in dem Stand der Technik. Die schwarze Oxidschicht 20, die eine weiche Schicht verglichen mit einem Material (mit dem Außenring 12) ist, kann einen direkten Kontakt zwischen Metallen (dem Außenring 12 und dem Gehäuse 2) vermeiden, wodurch es möglich gemacht wird, einen Angriff gegen das Gehäuse 2 zu verhindern. Ferner ist die schwarze Oxidschicht 20 eine dicke Schicht, bei der die Schichtdicke T größer als 1 Mikrometer ist, so dass eine Haltbarkeit der schwarzen Oxidschicht 20 verbessert ist.
-
Wie oben beschrieben ist in der schwarzen Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform der statische Reibkoeffizient hoch und der dynamische Reibkoeffizient niedrig (im Vergleich mit dem Fall, in dem die schwarze Oxidschicht 20 nicht ausgebildet ist). Dadurch wird der zweite Kriechvorgang (der schleppende Kriechvorgang) verhindert, und auch wenn der Kriechvorgang auftritt (auch wenn der Kriechvorgang aufgrund anderer Faktoren auftritt), ist es möglich, einen Abrieb des Gehäuses 2 zu verhindern.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist die schwarze Oxidschicht 20 auch auf der Seitenfläche 23 (vergleiche 1) in Axialrichtung sowie auf der Passfläche 22 ausgebildet. Die Seitenfläche 23 gelangt in Kontakt mit dem Ringabschnitt 5, der als ein Teil des Gehäuses 2 dient. Aus diesem Grund wird der zweite Kriechvorgang auch durch die schwarze Oxidschicht 20 auf der Seitenfläche 23 verhindert.
-
Die schwarze Oxidschicht 20 der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Haftung zu der Oberfläche des Außenrings 12, und hat auch eine kleine Abmessungsänderung. Das liegt daran, dass die Oberflächenschicht des Außenrings 12 eine Magnetitanordnung ist. Das heißt, in einem Schichtausbildungsprozess treten Materialentfernung und Magnetitbildung (ein Volumenanstieg) auf. Als solche, verändert sich die Oberflächenschicht (Eisenobenflächenschicht) des Außenrings 12 in die Magnetitanordnung, so dass die schwarze Oxidschicht 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Schicht mit einer hohen Haftung und einer kleinen Abmessungsänderung wird.
-
Die schwarze Oxidschicht 20 wird wie oben beschrieben durch das folgende Verfahren ausgebildet. Das heißt, der Außenring 12 wird in eine Natronlauge getränkt, so dass die schwarze Oxidschicht 20 auf der Oberfläche des Außenrings 12 (schwarze Oxidbeschichtung) ausgebildet wird. Die Temperatur der Natronlauge beträgt etwa 150 Grad. Die Konzentration der Natronlage ist durch ein Material und dergleichen des Außenrings 12 angepasst. Ferner, kann in einem Schritt des Tränkens eines Materials (des Außenrings 12) in die Natronlauge der Riss 55 durch Nutzen eines Unterschieds in einem linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem Material (dem Außenring 12) und der Schicht (der schwarzen Oxidschicht 20) ausgebildet werden, und ferner kann die Gestalt (die Breite D der Mikrorille 51, die Tiefe H der Mikrorille 51) des Risses 55 angepasst werden.
-
Ringnut 32
-
Das Folgende beschreibt die Ringnut 32 zum Verhindern des ersten Kriechvorgangs (des Spannungskriechvorgangs). In 1 wird die Ringnut 32 durch eine ringförmige vertiefte Nut, die in Umfangsrichtung durchgängig ist, gebildet, und die Querschnittsform der Nut ist die gleiche ohne eine Änderung entlang der Umfangsrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ringnut 32 in Axialrichtung in dem zentralen Bereich der Passfläche 22 vorgesehen. Die Ringnut 32 hat eine Tiefe (h), bei der ein unterer Abschnitt 33 der Ringnut 32 zu der Zeit, wenn eine statische Traglast in Radialrichtung auf das Wälzlager 7 wirkt, nicht in Kontakt mit dem Gehäuse 2 (der Innenumfangsoberfläche 3) gelangen kann. In dem Fall des in 1 dargestellten Wälzlagers 7 wirkt eine kombinierte Last aus einer Last in Radialrichtung und einer Last in Axialrichtung auf das Wälzlager 7. In einem Fall, in dem eine Radialkomponente der kombinierten Last die statische Traglast ist, kann der untere Abschnitt 33 der Ringnut 32 nicht in Kontakt mit dem Gehäuse 2 (der Innenumfangsoberfläche 3) gelangen. Es ist zu beachten, dass in 1 und so weiter, die die Ringnut 32 darstellen, die Ringnut 32 so dargestellt ist, dass sie zur einfachen Beschreibung ihrer Form eine große Tiefe hat, aber eine tatsächliche Tiefe der Ringnut 32 extrem kleiner als die Dicke des Außenrings 12 ist und die Tiefe der Ringnut 32 beispielsweise kleiner als 1 Millimeter ist.
-
Der Außenring 12 hat zylindrische Abschnitte 36, 37 in Axialrichtung auf gegenüberliegenden Seiten der Ringnut 32. Außenumfangsoberflächen der zylindrischen Abschnitte 36, 37 werden durch zylindrische Oberflächen um eine Lagermittellinie C0 des Wälzlagers 7 gebildet, und in der folgenden Beschreibung werden die Außenumfangsoberflächen der zylindrischen Abschnitte 36, 37 als zylindrische Oberflächen 36a, 37a bezeichnet. Wie in 1 dargestellt, haben die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a auf einem Bereich, der die Lagermittellinie C0 enthält, eine lineare Form, die parallel zu der Lagermittellinie C0 ist. Die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a sind Oberflächen, die über die schwarze Oxidschicht 20 in Kontakt mit dem Gehäuse 2 (der Innenumfangsoberfläche 3) gelangen können.
-
Wie oben beschrieben wirkt eine Last in Axialrichtung auf das Wälzlager 7. Aus diesem Grund gelangt die Kugel 13 an dem Punkt P1 auf einer Seite, die näher zu der ersten Seite in Axialrichtung ist als ein tiefster Punkt Q1 in der Außenringlaufbahnnut 12a, in Kontakt mit dem Außenring 12, und die Kugel 13 gelangt an dem Punkt P2 auf einer Seite, die näher zu der zweiten Seite in Axialrichtung ist als ein tiefster Punkt Q2 in der Innenringlaufbahnnut 11a, in Kontakt mit dem Innenring 11. Auf dem in 1 dargestellten Bereich, ist die gerade Linie L1, die den Punkt P1 und den Punkt P2, die Kontaktpunkte der Kugel 13 relativ zu dem Außenring 12 und dem Innenring 11 sind, zu einer Mittellinie L0, die sich in Radialrichtung durch die Mittel der Kugel 13 erstreckt, geneigt. Das heißt, die kombinierte Last aus der Last in Radialrichtung und der Last in Axialrichtung wirkt auf das Wälzlager 7, und eine Richtung, in der die Kugel 13 durch die kombinierte Last in Kontakt mit dem Außenring 12 und dem Innenring 11 gebracht wird, verläuft entlang der Richtung der geraden Linie L1, die zu der Mittellinie L0 geneigt ist, so dass das Wälzlager 7 einen Kontaktwinkel hat.
-
Um den ersten Kriechvorgang zu verhindern, ist die Ringnut 32 radial außerhalb der Außenringlaufbahnnut 12a auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 ausgebildet. Dies macht es möglich, ein Auftreten eines Relativgleitens, das aufgrund der in dem Mechanismus eines Auftretens des erstens Kriechvorgangs beschriebenen elastischen Verformung hervorgerufen wird, zu verhindern, wodurch es möglich gemacht wird, den ersten Kriechvorgang zu verhindern. Das heißt, dass in einem Fall, in dem eine große Last (kombinierte Last), die eine Komponente in Radialrichtung enthält, auf das Wälzlager 7 wirkt, sich ein Bereich des Außenrings 12, der radial außerhalb des Punkts P1 der Außenringlaufbahnnut 12a angeordnet ist, elastisch radial nach außen verformt (im Durchmesser zunimmt). Da die Ringnut 32 in dem Bereich ausgebildet ist, kann die elastische Verformung (der Durchmesseranstieg) dennoch hauptsächlich innerhalb des Bereichs der Ringnut 32 hervorgerufen werden. Aus diesem Grund ist es möglich, einen Bereich, in dem ein elastisch verformter Teil in direkten Kontakt mit der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 gelangt, zu verringern, und daher erreicht die elastische Verformung nicht (oder kaum) das Gehäuse 2, so dass das Auftreten des ersten Kriechvorgangs zwischen dem Außenring 12 und dem Gehäuse 2 verhindert ist. Wie oben beschrieben dient die Ringnut 32 als eine Nut (Abstandsnut) zum Verhindern des ersten Kriechvorgangs.
-
4 ist eine Querschnittsansicht der Kugel 13, des Außenrings 12 und des Gehäuses 2. Die Ringnut 32 hat den zylindrischen unteren Abschnitt 33 und geneigte Abschnitte 34, 35, die in Axialrichtung auf den gegenüberliegenden Seiten des unteren Abschnitts 33 angeordnet sind. Der untere Abschnitt 33 ist durch eine zylindrische Oberfläche um die Lagermittellinie C0 (vergleiche 1) gebildet, und die geneigten Abschnitte 34, 35 werden durch eine konische Oberfläche gebildet. Ferner ist der untere Abschnitt 33 ein Teil, an dem eine Nuttiefe h die größte in der Ringnut 32 ist und die Nuttiefe h ist entlang der Axialrichtung gleichmäßig. Der geneigte Abschnitt 34 (35) ist ein Teil, in dem die Nuttiefe zu einem Nutende E1 (E2) hin flacher wird. Ein Schnittpunkt zwischen dem geneigten Abschnitt 34 auf der ersten Seite in Axialrichtung und der zylindrischen Oberfläche 36a ist das Nutende E1 der Ringnut 32 auf der ersten Seite in Axialrichtung, und ein Schnittpunkt zwischen dem geneigten Abschnitt 35 auf der zweiten Seite in Axialrichtung und der zylindrischen Oberfläche 37a ist ein Nutende E2 der Ringnut 32 auf der zweiten Seite in Axialrichtung. Das heißt, dass die Ringnut 32 von dem Nutende E1 zu dem Nutende E2 reichen kann. Ein Axialbereich des Außenrings 12, in dem die Ringnut 32 ausgebildet ist, ist ein Bereich, der durch einen Pfeil W in 4 angedeutet ist. In dem Außenring 12 ist der Axialbereich W ein Bereich zwischen einer ersten virtuellen Oberfläche K1, die senkrecht zu der Lagermittellinie C0 (vergleiche 1) ist und durch das Nutende (den Schnittpunkt) E1 hindurchgeht, und einer zweiten virtuellen Oberfläche K2, die senkrecht zu der Lagermittellinie C0 (vergleiche 1) ist und durch das Nutende (den Schnittpunkt) E2 hindurchgeht.
-
Wie oben beschrieben wirkt die kombinierte Last aus der Last in Axialrichtung und der Last in Radialrichtung auf das Wälzlager 7, so dass die Kugel 13 und die Außenringlaufbahnnut 12a an dem Punkt P1 mit einer elliptischen Kontaktoberfläche in Kontakt miteinander gelangen. In 4 wird die elliptische Form (eine Kontaktellipse S) durch diesen Kontakt durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Es ist zu beachten, dass die Kontaktellipse S tatsächlich entlang einer vertieften Oberfläche der Außenringlaufbahnnut 12a ausgebildet ist, aber dass die Kontaktellipse S in 4 zur Beschreibung künstlich innerhalb eines Bereichs des Außenrings 12 dargestellt ist. Das heißt, dass der Punkt P1 und eine Mitte s0 der Kontaktellipse S in 4 nicht auf der gleichen Position angeordnet sind, aber dass der Punkt P1 und die Mitte s0 tatsächlich, wie in 5 dargestellt, an der gleichen Position angeordnet sind und die Kontaktellipse S zwischen der Kugel 13 und der Außenringlaufbahnnut 12a ausgebildet ist. Ferner verläuft die Querachse der Kontaktellipse S auf der vertieften Oberfläche der Außenringlaufbahnnut 12a parallel zu der Umfangsrichtung, und die Längsachse der Kontaktellipse S verläuft entlang einer Richtung, die senkrecht zu der Umfangsrichtung ist.
-
Die Form (eine große Halbachse a und eine kleine Halbachse b) der Kontaktellipse S wird aus einer Gleichung durch die Hertz-Theorie gefunden. Die Form der Kontaktellipse S wird basierend auf den Formen und Eigenschaften der Außenringlaufbahnnut 12a und der Kugel 13 gefunden, und eine Last (Kontaktlast) in einer Richtung entlang der geraden Linie L1 (vergleiche 2), die zwischen der Außenringlaufbahnnut 12a und der Kugel 13 wirkt, wird als eine statische Basis-Traglast des Wälzlagers 7 angenommen.
-
Wie in 4 dargestellt, ist die gesamte Kontaktellipse S innerhalb des Axialbereichs W des Außenrings 12 angeordnet. Das heißt, dass ein Ende s1 der Kontaktellipse S auf der ersten Seite in Axialrichtung auf einer Seite angeordnet ist, die näher zu der zweiten Seite in Axialrichtung als das Nutende E1 (die virtuelle Oberfläche K1) ist, und ein Ende s2 der Kontaktellipse S auf der zweiten Seite in Axialrichtung auf einer Seite angeordnet ist, die näher zu der ersten Seite in Axialrichtung als das Nutende E2 (die virtuelle Oberfläche K2) ist.
-
Hier ist 6 eine erläuternde Ansicht, die das Wälzlager 7, das ausgelegt ist, so dass keine Ringnut in dem Außenring 12 ausgebildet ist, darstellt. Das in 6 dargestellte Wälzlager 7 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Wälzlager 7 darin, dass die Ringnut 32 nicht ausgebildet ist, aber die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie die des Wälzlagers 7 in 1. In dem in 6 dargestellten Aufbau sind eine elliptische Kontaktoberfläche (die Kontaktellipse S) zwischen der Kugel 13 und der Außenringlaufbahnnut 12a ausgebildet, wenn eine kombinierte Last wirkt. Aufgrund der kombinierten Last verformt sich der Außenring 12 teilweise elastisch in eine Richtung, in der der Durchmesser erhöht wird, aber sein Betrag einer Spannung ist auf einer radial äußeren Seite der Kontaktellipse S größer, was in einem Graph auf der unteren Seite von 6 dargestellt ist. Insbesondere ist der Betrag der Spannung des Außenrings 12 auf der radial äußeren Seite der Mitte s0 der Kontaktellipse S am größten. Die elastische Verformung wird an das Gehäuse 2 übertragen, so dass die Kugel 13 in Rollkontakt mit der Außenringlaufbahnnut 12a gelangt, wodurch resultiert, dass der erste Kriechvorgang auftreten kann.
-
Um den ersten Kriechvorgang zu verhindern, befindet sich die gesamte Kontaktellipse S, die ausgebildet ist, wenn die Kugel 13 in Kontakt mit der Außenringlaufbahnnut 12a gelangt, in Anbetracht dessen innerhalb des Axialbereichs W, wie in 4 dargestellt. Wenn eine große Last, die eine Komponente in Radialrichtung enthält, auf das Wälzlager 7 wirkt, tritt, wie oben beschrieben, eine große elastische Verformung an einer Position, die radial außerhalb der Kontaktellipse S ausgerichtet ist, auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 auf, und sein Betrag der Spannung ist maximal. Dennoch ist in dem oben genannten Aufbau die Ringnut 32 zum Verhindern eines Kriechvorgangs an einer Position, an der der Betrag der Spannung am größten ist, ausgebildet. Aus diesem Grund wird der Außenring 12 elastisch in der Ringnut 32 verformt, so dass die elastische Verformung kaum an das Gehäuse 2 übertragen wird, so dass es möglich ist, einen Effekt zum Verhindern des ersten Kriechvorgangs des Außenrings 12 weiter zu erhöhen.
-
Ferner schneidet in der vorliegenden Ausführungsform eine virtuelle Linie K3, die sich von der Mitte s0 der Kontaktellipse S radial nach außen erstreckt, den tiefsten unteren Abschnitt 33 der Ringnut 32. Auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 ist eine Spannung, die durch die elastische Verformung hervorgerufen wird, direkt unterhalb der Mitte s0 der Kontaktellipse S am größten. Dementsprechend wird durch das Anordnen des tiefsten unteren Abschnitts 33 der Ringnut an einer solchen Position die elastische Verformung des Außenrings 12 kaum an das Gehäuse 2 übertragen.
-
Wie in 4 dargestellt, ist die Kontaktellipse S, wenn zusätzlich zu einer Last in Radialrichtung auch eine Last in Axialrichtung auf das Wälzlager 7 wirkt, axial außerhalb (auf der ersten Seite in Axialrichtung) einer axialen Mitte (dem Punkt Q1) der Außenringlaufbahnnut 12a angeordnet. In Anbetracht dessen hat die Ringnut 32 der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben den zylindrischen unteren Abschnitt 33, bei dem die Nuttiefe h in der Ringnut 32 maximal ist, und die Nuttiefe h ist entlang der Axialrichtung gleichmäßig. Das heißt, dass die Ringnut 32 den unteren Abschnitt 33, der in Axialrichtung breit und tief ist, hat. Mit diesem Aufbau ist die Kontaktellipse S auf einer Seite angeordnet, die näher zu der ersten Seite in Axialrichtung ist, aber durch einen solchen Aufbau kann erreicht werden, dass die virtuelle Linie K3, die sich von der Mitte s0 der Kontaktellipse S aus in Radialrichtung erstreckt, den tiefsten unteren Abschnitt 33 der Ringnut 32 schneidet. Als eine Folge verformt sich der Außenring 12 in der Ringnut 32 elastisch, so dass die elastische Verformung kaum an das Gehäuse 2 übertragen wird, so dass es möglich ist, einen Effekt zum Verhindern des Kriechvorgangs des Außenrings 12 weiter zu erhöhen.
-
In dem in 4 dargestellten Aufbau, ist die Lagerspezifikation auf dem Bereich des Wälzlagers 7 so festgelegt, dass das Ende s1 der Kontaktellipse S auf der ersten Seite in Axialrichtung auf einer Seite angeordnet ist, die näher zu der Mitte in Axialrichtung ist als ein Schnittpunkt R zwischen einer Schulterinnenumfangsoberfläche 19 des Außenrings 12 auf der ersten Seite in Axialrichtung und der Außenringlaufbahnnut 12a. Dennoch kann die Lagerspezifikation als ein anderer Aufbau so festgelegt werden, dass das Ende s1 der Kontaktellipse S an der gleichen Position wie der Schnittpunkt R angeordnet ist. Dies macht es möglich, eine Schulterüberbrückung der Kugel 13 in dem Außenring 12 zu vermeiden. Die „Schulterüberbrückung“ meint hier ein Phänomen, bei der sich eine Kontaktellipse zu einem Nutende in Axialrichtung einer Laufbahnnut, in der die Rollen vorgesehen sind, bewegt, wobei sich der Kontaktpunkt der Rollen auf der Laufbahnnut zu dem Nutende hin bewegt und sich die Kontaktellipse aus der Laufbahnnut heraus bewegt, was durch eine Last, die in Axialrichtung auf das Lager wirkt, verursacht wird. Auch in einem Fall, in dem das Ende s1 der Kontaktellipse S an der gleichen Position wie der Schnittpunkt R angeordnet ist, ist die gesamte Kontaktellipse S innerhalb des Axialbereichs W angeordnet. In einem Fall, in dem das Ende s1 der Kontaktellipse an der gleichen Position wie der Schnittpunkt R angeordnet ist, um die gesamte Kontaktellipse S innerhalb des Axialbereichs W anzuordnen, ist es notwendig, dass die Ringnut 32 (zumindest das Nutende E1) radial außerhalb des Schnittpunkts R ausgebildet ist. Das heißt, dass die Ringnut 32, die eine Nutbreite hat, die in Axialrichtung größer als die der Außenringlaufbahnnut 12a ist, auf der Passfläche 22 ausgebildet sein sollte.
-
Wenn eine Last in Radialrichtung auf das Wälzlager 7 wirkt, gelangen die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a über die schwarze Oxidschicht 20 in Kontakt mit dem Gehäuse 2, so dass ein Kontaktdruck zwischen ihnen hervorgerufen wird. In einem Fall, in dem die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a, die parallel zu der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 sind, schmal sind, nimmt ein in dem Gehäuse 2 hervorgerufener Kontaktoberflächendruck zu. In Anbetracht dessen ist es vorzuziehen, dass die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a in Axialrichtung breit sind. Wenn der Kontaktoberflächendruck, der auf das Gehäuse 2 wirkt, abnimmt, ist es möglich, auch wenn irgendein Kriechvorgang auftritt, einen Abrieb des Gehäuses 2 in Kooperation mit der Funktion der schwarzen Oxidschicht 20 zu verhindern. Insbesondere besteht der Außenring 12 in der vorliegenden Ausführungsform aus Lagerstahl, wohingegen das Gehäuse 2 aus einer Aluminiumlegierung besteht, und daher wird ein Teil des Gehäuses 2, in dem der Kontaktdruck hoch ist, leicht verschlissen. Da die schwarze Oxidschicht 20 auf den zylindrischen Oberflächen 36a, 37a ausgebildet ist und die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a breit ausgestaltet sind, kann ein solcher Abrieb dennoch vermieden werden.
-
In Anbetracht dessen ist es vorzuziehen, dass die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a in Axialrichtung breiter als die geneigten Abschnitte 34, 35 der Ringnut 32 ausgestaltet sind. Genauer gesagt, betragen entsprechende Axialabmessungen der zylindrischen Oberflächen 36a, 37a vorzugsweise 1 Millimeter oder mehr, zum Beispiel weiter bevorzugt 2 Millimeter oder mehr. Wenn die Axialabmessungen der zylindrischen Oberflächen 36a, 37a zu groß sind, wird die Ringnut 32 dennoch verschmälert, so dass es schwierig ist, die Kontaktellipse S innerhalb des Axialbereichs W anzuordnen. In Anbetracht dessen ist es vorzuziehen, dass die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a in Axialrichtung schmaler als eine Hälfte des unteren Abschnitts 33 der Ringnut 32 ausgestaltet sind.
-
Wie oben beschrieben sind die Ringnut 32 zum Verhindern eines Kriechvorgangs und die zylindrischen Oberflächen 36a, 37a auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 vorgesehen, um über die schwarze Oxidschicht 20 in Kontakt (Linienkontakt) mit der Gehäuseinnenumfangsoberfläche 3 gebracht zu werden. Dennoch ist wie in 1 dargestellt in der vorliegenden Ausführungsform die Axialabmessung des Außenrings 12 nicht größer ausgestaltet (als eine Axialabmessung des Innenrings 11). Das heißt, dass die Axialabmessung des Außenrings 12 nicht größer als die Axialabmessung des Innenrings 11 ist, und in der vorliegenden Ausführungsform haben der Außenring 12 und der Innenring 11 die gleiche Axialabmessung. Wenn die Axialabmessung des Außenrings 12 festgelegt ist, dass sie nicht größer als die Axialabmessung des Innenrings 11 ist, ist es möglich, einen Anstieg in der Größe des Lagers zu verhindern.
-
Wie oben beschrieben ist das Wälzlager 7, das so ausgelegt, dass die Ringnut 32 auf der Passfläche 22 des Außenrings 12 ausgebildet ist, eine Erfindung, die durch eine Fokussierung auf eine Kontaktart der Kugel 13 zu dem Außenring 12, an der der erste Kriechvorgang auftreten kann, gemacht ist. Das heißt, dass die Außenringlaufbahnnut 12a, mit der die Kugel 13 in Rollkontakt gelangt, auf der Innenumfangsoberfläche des Außenrings 12 auf der der Passfläche 22 gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist. Die gesamte Kontaktellipse S, die ausgebildet ist, wenn die Kugel 13 in Kontakt mit der Außenringlaufbahnnut 12a gelangt, befindet sich innerhalb des Axialbereichs W in dem Außenring 12, in dem die Ringnut 32 ausgebildet ist.
-
Sonstiges
-
In der Ausführungsform ist der Innenring 11 ein Drehring, der in einer integralen Weise mit einem Gegenbauteil (der Drehwelle 4), an dem der Innenring 11 angebracht ist, rotiert, und der Außenring 12 ist ein Festring, der an einem Gegenbauteil (dem Gehäuse 2), an dem der Außenring 12 (auch wenn ein Kriechvorgang auftritt) angebracht ist, befestigt ist. Dennoch kann in der Erfindung der Innenring 11 oder der Außenring 12 ein Drehring und der jeweils andere von ihnen ein Festring sein. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Aufbau kann der Innenring 11, der an der Welle 4 angebracht ist, ein Festring sein, und der Außenring 12 kann ein Drehring sein, der in einer integralen Weise mit dem Gehäuse 2 rotiert, was in 7 dargestellt ist. In diesem Fall sind der Innenring 11 und die Welle 4 in einem Zustand einer Spielpassung zusammengebaut, so dass ein Kriechvorgang des Innenrings 11 über die Welle 4 auftritt. Dementsprechend ist die schwarze Oxidschicht 20 entweder auf einer oder auf beiden der Passfläche (Innenumfangsoberfläche) 22 des Innenrings 11 zu der Welle 4 als ein Gegenbauteil und einer Seitenfläche des Innenrings 11, die in Kontakt mit der Welle 4 gelangt (ähnlich zu dem Aufbau in 1). Ferner ist die Ringnut 32 zum Verhindern eines Kriechvorgangs auf der Passfläche 22 ausgebildet.
-
Die Innenringlaufbahnnut 11a, mit der die Kugel 13 in Rollkontakt gelangt, ist auf einer Außenumfangsoberfläche des Innenrings 11 auf der der Passfläche 22 gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Die gesamte Kontaktfläche S, die ausgebildet ist, wenn die Kugel 13 in Kontakt mit der Innenringlaufbahnnut 11a gelangt, befindet sich innerhalb des Axialbereichs W in dem Innenring 11, in dem die Ringnut 32 ausgebildet ist. Aus diesem Grund verformt sich der Innenring 11 elastisch in der Ringnut 32, so dass die elastische Verformung kaum an die Welle 4 als ein Gegenbauteil übertragen wird, so dass es möglich ist, einen Effekt zum Verhindern des ersten Kriechvorgangs des Innenrings 11 weiter zu erhöhen. Ferner ist die schwarze Oxidschicht 20 mit dem gitterförmigen Riss 55 (vergleiche 2), der auf ihrer Oberfläche ausgebildet ist, entweder auf einer oder beiden der Passfläche 22 des Innenrings 11 und der Seitenfläche des Innenrings 11 vorgesehen, wodurch es möglich gemacht wird, den zweiten Kriechvorgang zu verhindern. Die Konfigurationen der Ringnut 32 und der schwarzen Oxidschicht 20, wie sie in dem in 1 dargestellten Aufbau beschrieben sind, sind auf die Ringnut 32 und die schwarze Oxidschicht 20, die in 7 dargestellt sind, anwendbar.
-
Die hierin beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel in jeglicher Hinsicht und ist nicht beschränkend. Das heißt, dass das Wälzlager der Erfindung nicht auf den in den Zeichnungen beschriebenen Aufbau beschränkt ist, sondern andere Konfigurationen innerhalb des Rahmens der Erfindung haben kann. Ferner kann das Wälzlager ein Schrägkugellager anders als das Rillenkugellager sein. Ferner ist das Wälzlager der Erfindung auf verschiedene rotierende Maschinen anwendbar und ist insbesondere für eine rotierende Maschine, die ein Problem mit einem Kriechvorgang hat, geeignet. Es ist zu beachten, dass das Wälzlager der Erfindung das Wälzlager 7 sein kann, das den zweiten Kriechvorgang verhindert, auch wenn der erste Kriechvorgang nicht verhindert wird. In diesem Fall ist wie in 6 dargestellt die schwarze Oxidschicht 20 mit dem gitterförmigen Riss 55, der auf der Oberfläche 21 wie in 2 dargestellt ausgebildet ist, auf der Passfläche 22 ausgebildet, aber die Ringnut 32 wird weggelassen. Ferner kann der Wälzkörper eine Rolle (eine Zylinderrolle, eine Kegelrolle) anders als die Kugel sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 201789845 A [0007]
- JP 2017089845 A [0007, 0008, 0010]
