DE112020004434T5

DE112020004434T5 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE112020004434T5
Application number: DE112020004434.3T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawai
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2021054279A1; US20220333640A1; CN114616403A; US11746825B2

Abstract

Es wird ein Kegelrollenlager bereit gestellt, in welchem, um einen steilen Temperaturanstieg zu verhindern und das Lager problemlos zu drehen, selbst wenn das Lager unter harten Schmierbedingungen eingesetzt wird, ein Schleiffreistich (13) eine Freistichbreite A von 0,5 mm oder weniger von einem Referenzpunkt (O2) zu einer großen Flanschfläche (12a) aufweist, wobei der Referenzpunkt (O2) der Schnittpunkt der gedachten Linie ist, die sich von der Erzeugenden der Lauffläche (11) des Innenrings (10) in Richtung des Schleiffreistichs (13) erstreckt, und der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der großen Flanschfläche (12a) in Richtung des Schleiffreistichs (13) erstreckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager.
Stand der Technik
Ein Wälzlager, das ein Drehteil lagert, muss unter Berücksichtigung der Richtung und Größe der Last ausgewählt werden, die das Wälzlager aufnimmt, und des Raums, in welchem das Lager eingebaut wird. Wenn ein Wälzlager eingesetzt wird, um ein in einem Getriebe (MT, AT, DCT, CVT, einem Hybridgetriebe, etc.) oder einem Differenzial für ein Automobil angeordnetes Drehteil zu lagern, muss das Wälzlager ein Lager geringer Größe sein, selbst unter Einsatzbedingungen, in welchen das Lager radiale, axiale und Momentlasten aufnimmt. Daher wird als solch ein Wälzlager ein Kegelrollenlager eingesetzt, welches in der Lage ist, sowohl radiale als auch axiale Lasten aufzunehmen und eine ausgezeichnete Belastbarkeit für solche Lasten aufweist.
In solch einem Kegelrollenlager wird während des Betriebs eine Axialkraft erzeugt, die die Kegelrollen in Richtung der Seite mit großem Durchmesser drückt. Daher ist der Innenring mit einem großen Flansch ausgebildet, um die großen Endflächen der Kegelrollen in ihrer Umwälzrichtung (Umfangsrichtung), in welcher die Kegelrollen um die Mittelachse des Lagers umlaufen, zu führen, während sie gelagert werden. Der große Flansch weist eine große Flanschfläche auf, mit welcher die großen Endflächen der Kegelrollen in Gleitkontakt gebracht werden. Der Innenring ist mit einem Schleiffreistich ausgebildet, der sich um den gesamten Umfang erstreckt, und die große Flanschfläche und die Lauffläche des Innenrings miteinander verbindet.
Im Allgemeinen sind die Formen der großen Endfläche von jeder Kegelrolle und der großen Flanschfläche des Innenrings so ausgelegt, dass die große Endfläche und die große Flanschfläche geometrisch an lediglich einem Punkt in Kontakt miteinander kommen. Im Betrieb gerät die große Endfläche von jeder Kegelrolle in Gleitkontakt mit der großen Flanschfläche des Innenrings in der Umwälzrichtung. Die Gleitkontaktabschnitte sind jeweils innerhalb eines im Allgemeinen länglich ovalen Bereichs vorhanden, der eine radiale kurze Achse aufweist, wobei sein Mittelpunkt an dem obigen Kontaktpunkt angeordnet ist. Wenn die Gleitkontaktabschnitte nicht ausreichend geschmiert sind, könnte sich Wärme aufbauen, wodurch ein steiler Temperaturanstieg verursacht wird.
Wenn das Kegelrollenlager, wie in einem Autogetriebe, bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird und die Temperatur des Schmieröls hoch ist, kann ein guter Schmierbetrieb zwischen den Gleitkontaktabschnitten der großen Flanschfläche des Innenrings und den großen Endflächen der Kegelrollen nicht aufrechterhalten werden, wodurch eine Grenzschmierung erzeugt wird, so dass die Gleitkontaktabschnitte nicht ausreichend geschmiert sein können. Um die Fressbeständigkeit während des Betriebs bei hoher Geschwindigkeit zu verbessern, werden Maßnahmen bei den Formen und Oberflächeneigenschaften der großen Endflächen der Kegelrollen und der großen Flanschfläche des Innenrings ergriffen (unten angegebene Patentdokumente 1 bis 3).
In Patentdokument 1 ist es möglich, wenn der Krümmungsradius R der großen Endfläche von jeder Kegelrolle und der Abstand R_BASE vom Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrolle zu ihrem Kontaktabschnitt mit der großen Flanschfläche betrachtet werden, durch Festlegen von R/R_BASE innerhalb des Bereichs von 0,75 bis 0,87, eine gute Keilwirkung zu erzeugen, wenn Schmieröl zwischen die große Flanschfläche des Innenrings und die großen Endflächen der Kegelrollen gezogen wird, wodurch die Ölfilmdicke bei den Gleitkontaktabschnitten dieser Flächen verbessert wird (und damit eine Wärmebildung verringert wird).
In Patentdokument 2 ist es möglich, indem eine Hinterschneidungsfläche ausgebildet wird, die so geformt ist, dass der Abstand zwischen der Hinterschneidungsfläche und der großen Endfläche von jeder Kegelrolle von der radialen Außenkante der großen Flanschfläche in Richtung der radialen Innenkante einer Abschrägung des großen Flansches zunimmt, die Wirkung zu erhöhen, dass Schmieröl auf die Kontaktabschnitte der großen Endflächen der Kegelrollen und die große Flanschfläche des Innenrings gezogen wird, und damit das Ölfilm-Bildungsvermögen zu verbessern.
In Patentdokument 3 ist es möglich, indem das obige Verhältnis R/R_BASE innerhalb des Bereichs von 0,75 bis 0,87 festgelegt wird und indem ebenfalls der tatsächliche Krümmungsradius R_ACTUAL der großen Endfläche von jeder Kegelrolle R_ACTUAL/R bei 0,5 oder mehr betrachtet wird, eine Wärmebildung an den großen Endflächen der Kegelrollen und der großen Flanschfläche des Innenrings selbst unter schweren Schmierbedingungen zu verringern, und damit Fresswiderstand zu verbessern. Insbesondere durch Einführen eines Flanschabschnitt-Schmierkoeffizienten als Indikator, der den Grad der Härte der Schmierbedingung zeigt, ist es möglich, den umsetzbaren Bereich des Verhältnisses R_ACTUAL/R zu erhöhen, und damit Lagerfestlegungen entsprechend der Einsatzbedingungen auszuwählen.
Dokument(e) des Stands der Technik
Patentdokument(e)

Patentdokument 1: japanische nicht geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-170774
Patentdokument 2: japanische nicht geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-170775
Patentdokument 3: japanische nicht geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-136027

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Um jedoch in Autogetrieben oder Differenzialen Kraftstoffeffizienz zu verbessern, gibt es eine steigende Tendenz, die Viskosität von Schmieröl oder die Menge von Schmieröl in einer Einheit zu verringern, und es wird erwartet, dass diese Tendenz fortdauert. Daher wird erwartet, dass Wälzlager unter zunehmend härteren Schmierbedingungen eingesetzt werden. Insbesondere bei Kegelrollenlagern wird es zunehmend wichtig, eine Ölfilmdicke an den Kontaktabschnitten der großen Endflächen der Kegelrollen und der großen Flanschfläche des Innenrings zu gewährleisten, und einen Temperaturanstieg aufgrund des Schmieröls zu verringern.
Im Hinblick auf den oben beschriebenen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kegelrollenlager bereitzustellen, das so gestaltet ist, dass ein starker Temperaturanstieg verhindert wird und sich das Lager problemlos dreht, selbst wenn das Kegelrollenlager unter harten Schmierbedingungen eingesetzt wird.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Kegelrollenlager bereit, welches umfasst: einen Innenring; einen Außenring; eine Vielzahl von Kegelrollen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind; und einen Käfig, in welchem die Kegelrollen aufgenommen sind, wobei jede der Kegelrollen aufweist: eine konische Wälzfläche; eine Abschrägung, die kontinuierlich mit einer Seite mit großem Durchmesser der Wälzfläche ist; und eine große Endfläche, die kontinuierlich mit der Abschrägung ist, und wobei der Innenring aufweist: eine konische Lauffläche; eine große Flanschfläche, die konfiguriert ist, um die großen Endflächen der Kegelrollen aufzunehmen; und einen nutförmigen Schleiffreistich, der die große Flanschfläche und die Lauffläche miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleiffreistich eine Freistichbreite A von 0,5 mm oder weniger von einem Bezugspunkt zu der großen Flanschfläche aufweist, wobei der Bezugspunkt ein Schnittpunkt einer gedachten Linie ist, die sich von einer Erzeugenden einer Lauffläche in Richtung des Schleiffreistichs erstreckt, und einer gedachten Linie, die sich von einer Erzeugenden der großen Flanschfläche in Richtung des Schleiffreistichs erstreckt.
Da in dem obigen Lager die Freistichbreite A des Schleiffreistichs des Innenrings auf eine besonders kleine Abmessung festgelegt ist, d.h. 0,5 mm oder weniger, ist die Breite der großen Flanschfläche breit genug, um die großen Endflächen der Kegelrollen aufzunehmen. Daher ist es möglich, die Kontaktbeziehung zwischen der großen Flanschfläche und den großen Endflächen der Kegelrollen zu optimieren; und eine gute Keilwirkung zwischen der großen Flanschfläche und den großen Endflächen der Kegelrollen zu erzeugen, um das Ölfilm-Bildungsvermögen zu verbessern.
Insbesondere wenn ein Kegelwinkel β von jeder der Wälzfläche und ein spitzer Winkel ρ einer gedachten Linie, die einen Scheitelpunkt des Kegelwinkels β und einen Kontaktpunkt der großen Flanschfläche und der großen Endflächen von jeder der Kegelrollen miteinander verbindet, bezüglich der Erzeugenden der Lauffläche betrachtet werden, ist eine Beziehung zwischen β und ρ vorzugsweise β/6 ≥ ρ. Da der Winkel p, der die radiale Höhe des Kontaktpunkts zwischen der großen Flanschfläche und der großen Endfläche jeder Kegelrolle bezüglich des Referenzpunktes bezeichnet, kleiner ist als β/6, ist es möglich, einen Anstieg in der Gleitgeschwindigkeit an den Gleitkontaktabschnitten der großen Flanschfläche und der großen Endflächen zu verhindern, womit eine Wärmeentwicklung an der großen Flanschfläche verringert wird, und wodurch ein starker Temperaturanstieg verhindert wird.
Es ist vorzuziehen, dass bei Betrachtung eines Konuswinkels a des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings und eines Konuswinkels b des Schleiffreistichs bezüglich der Lauffläche eine Beziehung zwischen a und b a > b ist, und bei Betrachtung der Freistichbreite A von dem Referenzpunkt zu der großen Flanschfläche und einer Freistichbreite B von dem Referenzpunkt zu der Lauffläche eine Beziehung zwischen A und B A < B ist. Bei Herstellung des Lagers sollte, um die Freistichbreite A auf 0,5 mm oder weniger festzulegen, berücksichtigt werden, dass wenn der geschliffene Betrag der großen Flanschfläche in Bezug auf den Sollwert während der maschinellen Bearbeitung überschreitet oder unterschreitet, sich die Breite der großen Flanschfläche in Abhängigkeit von dem Konuswinkel a des Schleiffreistichs ändert. Da, je größer der Konuswinkel a bezüglich der großen Flanschfläche ist, desto geringer der Änderungsbetrag der Breite der großen Flanschfläche aufgrund einer Überschreitung oder Unterschreitung des Schleifbetrags der großen Flanschfläche ist, wird der Konuswinkel a bevorzugt auf einen großen Wert festgelegt. Auch um Späne leicht abzuführen, die während eines Ausbildens des Schleiffreistichs mittels Drehen erzeugt werden, ist es vorzuziehen, die Beziehungen a > b und A < B zu erfüllen.
Bei Betrachtung einer Tiefe c des Schleiffreistichs bezüglich der Lauffläche des Innenrings und einer Tiefe d des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche ist eine Beziehung zwischen c und d vorzugsweise c > d. Durch Einhalten dieser Beziehung ist es möglich, die Spannung des großen Flansches des Innenrings zu verringern, die durch Belastungen verursacht wird, die von den großen Endflächen der Kegelrollen auf die große Flanschfläche des Innenrings aufgebracht werden, und die Festigkeit des großen Flansches des Innenrings zu verbessern.
Die Tiefe d des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings beträgt vorzugsweise 0,3 mm oder weniger. Wenn diese Tiefe 0,3 mm oder weniger beträgt, ist es möglich, die Festigkeit des großen Flansches des Innenrings zuverlässig zu verbessern.
Der Konuswinkel a des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 20° kleiner gleich a kleiner gleich 50°. Innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, die Freistichbreite A während eines Schleifens der großen Endfläche leicht zu steuern.
Eine Breite W der großen Flanschfläche erfüllt vorzugsweise die folgende Formel 1: $W \geq {D_{W} \times (1 / 2) \times T a n θ / (L {/D}_{W})},$
wobei θ ein spitzer Winkel der Erzeugenden der Lauffläche bezüglich einer Mittelachse des Innenrings ist; Dw ein Durchmesser des großen Endes der Wälzfläche von jeder der Kegelrollen ist; und L eine Rollenlänge von jeder der Kegelrollen ist. Wenn die Breite W die Formel 1 erfüllt, ist es möglich, zu bewirken, dass die große Flanschfläche den großen Endflächen der Kegelrollen ausreichend gegenüberliegt. Daher ist es möglich, selbst wenn die Gleitkontaktabschnitte der großen Endflächen der Kegelrollen und die große Flanschfläche des Innenrings radial nach außen des großen Flansches versetzt sind, einen guten Kontaktzustand dazwischen aufrecht zu erhalten.
Eine Korngrößenzahl von alten Austenit-Kristallkörnern in der großen Flanschfläche des Innenrings ist vorzugsweise Nr. 6 oder mehr. Solch eine große Flanschfläche ist geeignet, um ihre Oberflächenbeschädigung durch Metallkontakt mit den großen Endflächen der Kegelrollen zu verzögern.
Die große Flanschfläche des Innenrings wird vorzugsweise von einer nitrierten Schicht gebildet, die einen Stickstoffgehalt von 0,05 Gew.-% oder mehr aufweist. Solch eine große Flanschfläche ist geeignet, um ihre Oberflächenbeschädigung durch Metallkontakt mit den großen Endflächen der Kegelrollen zu verzögern.
Die große Flanschfläche des Innenrings weist eine Oberflächenrauheit von 0,1 µm Ra oder weniger auf, und die große Endfläche von jeder der Kegelrollen weist eine Oberflächenrauheit von 0,12 µm Ra oder weniger auf. Innerhalb dieser Bereiche ist es möglich, eine Ölfilmbildung zwischen der großen Flanschfläche und den großen Endflächen der Kegelrollen zu verbessern.
Es ist zu bevorzugen, dass wenn festgelegte Krümmungsradien R der großen Endflächen der jeweiligen Kegelrollen und Basiskrümmungsradien R_BASE von den Spitzen der Konuswinkel der jeweiligen Wälzflächen zu der großen Flanschfläche des Innenrings betrachtet werden, die R/R_BaSE-Werte 0,70 oder mehr und 0,95 oder weniger betragen, und wenn tatsächliche Krümmungsradien R_ACTUAL der großen Endflächen der jeweiligen Kegelrollen betrachtet werden, mindestens einer der R_ACTUAL/R-Werte 0,3 oder mehr und weniger als 0,5 beträgt. Da es in der vorliegenden Erfindung möglich ist, das Ölfilm-Bildungsvermögen auf der Seite der großen Flanschfläche zu verbessern, ist es möglich, sowohl R/R_BASE als auch R_ACTUAL/R innerhalb eines breiten Bereichs im Vergleich zu dem Kegelrollenlager von Patentdokument 3 festzulegen. Als Folge davon ist es möglich, die Ausbeute der Kegelrollen zu verbessern, und damit das Kegelrollenlager zu vergleichsweise geringen Kosten bereitzustellen.
Da das Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Fresswiderstand unter harten Schmierbedingungen aufweist, kann das Kegelrollenlager in geeigneter Weise verwendet werden, um eine Drehwelle eines Getriebes oder eines Differenzials für ein Automobil zu lagern.
Wirkungen der Erfindung
Durch Einsatz des wie oben beschriebenen obigen Aufbaus in der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kontaktbeziehung zwischen der großen Flanschfläche des Innenrings und den großen Endflächen der Kegelrollen zu optimieren, und ein Ölfilm-Bildungsvermögen zu verbessern. Daher ist es möglich, selbst wenn das Kegelrollenlager unter harten Schmierbedingungen eingesetzt wird, einen steilen Temperaturanstieg zu verhindern und das Lager problemlos zu drehen.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine Erzeugendenform in der Nähe einer großen Flanschfläche eines Kegelrollenlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Schnittansicht des Kegelrollenlagers dieser Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht, die eine Erzeugendenform in der Nähe der großen Flanschfläche in einem idealen Kontaktzustand zwischen der großen Flanschfläche und der großen Endfläche von jeder Kegelrolle von 2 darstellt.
4 ist eine halbe vertikale Schnittansicht, die die Auslegungsbedingungen des Kegelrollenlagers von 2 darstellt.
5 ist eine schematische Ansicht, die die detaillierte Form der großen Endfläche von jeder Kegelrolle von 2 darstellt.
6 ist eine schematische Ansicht, die die Bearbeitungsfläche der großen Endfläche der Kegelrolle von 5 darstellt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Ölfilmdicke und dem Krümmungsradius der großen Endfläche von jeder in 2 dargestellten Kegelrolle darstellt.
8 ist eine Ansicht, die eine Abwandlung der Erzeugendenform in der Nähe der großen Flanschfläche darstellt, die in 1 dargestellt ist.
9 ist eine Schnittansicht eines Differenzials für ein Automobil, in welchem Kegelrollenlager montiert sind, wie in 2 dargestellt.
10 ist eine Schnittansicht eines Getriebes für ein Automobil, in welchem Kegelrollenlager montiert sind, die in 2 dargestellt sind.

Beste Ausführungsform der Erfindung
Es wird nun das Kegelrollenlager, das die vorliegende Erfindung verkörpert, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben werden.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst dieses Kegelrollenlager einen Innenring 10; einen Außenring 20; eine Vielzahl von Kegelrollen 30, die zwischen dem Innenring 10 und dem Außenring 20 angeordnet sind; und einen Käfig 40, in welchem diese Kegelrollen 30 aufgenommen sind. Dieses Kegelrollenlager ist zur Verwendung in einem Getriebe oder einem Differenzial für Automobile, hauptsächlich für Pkw gedacht, und weist einen Außendurchmesser von 150 mm oder weniger auf.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist der Innenring 10 ein Lagerring, der auf seinem Außenumfang eine konische Lauffläche 11 aufweist; einen großen Flansch 12, der einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Kante der Seite mit großem Durchmesser der Lauffläche 11 auf Ihrer Seite mit großem Durchmesser ist; einen Schleiffreistich 13, der von der Basis des großen Flansches 12 zu der Lauffläche 11 gebildet ist; einen kleinen Flansch 14, der einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Kante der Seite mit kleinem Durchmesser der Lauffläche 11 auf ihrer Seite mit kleinem Durchmesser ist; und einen Schleiffreistich 15 der Seite mit kleinem Durchmesser, der von der Basis des kleinen Flansches 14 zu der Lauffläche 11 ausgebildet ist.
Wie in 2 dargestellt ist, ist der Außenring 20 ein Lagerring, der eine konische Lauffläche 21 auf seinem Innenumfang aufweist. Schmieröl wird dem Lagerinnenraum zwischen dem Innenring 10 und dem Außenring 20 von der Außenseite des Lagers zugeführt.
Jede Kegelrolle 30 ist ein Wälzkörper, der eine konische Wälzfläche 31; eine mit der Seite mit großem Durchmesser der Wälzfläche 31 kontinuierliche Abschrägung 32; eine mit der Abschrägung 32 kontinuierliche große Endfläche 33; und eine kleine Endfläche 34 aufweist, die auf einer zu der großen Endfläche 33 entgegengesetzten Seite ausgebildet ist. Die große Endfläche 33 und die kleine Endfläche für 30 umfassen beide Enden der Kegelrollen 30, die die Rollenlänge L der Kegelrollen 30 definieren.
Die Kegelrollen 30 sind in einer einzigen Reihe zwischen den inneren und äußeren Laufflächen 11 und 21 angeordnet. Der Käfig 40 ist eine ringförmige Lagerkomponente, die die Umfangsabstände zwischen den Kegelrollen 30 einheitlich hält. Die Kegelrollen 30 sind jeweils in Taschen des Käfigs 40 aufgenommen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Während der Käfig 40 in dem dargestellten Beispiel ein Käfig ist (käfigförmiges Element), das durch Stanzen gebildet ist, sind das Material und das Herstellungsverfahren des Käfigs 40 nicht speziell beschränkt.
Die hier verwendeten Begriffe „axial“ und „in axialer Richtung“ nehmen Bezug auf die Richtung um die Mittelachse (Rotationsachse) CL des Innenrings 10; die Begriffe „radial“ und „in radialer Richtung“ beziehen sich auf eine Richtung senkrecht zu der Mittelachse CL; und die Begriffe „Umfangs-“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich auf die Richtung um die Mittelachse CL. Das Kegelrollenlager ist so ausgelegt, dass die Mittelachse CL des Innenrings 10 der Rotationsachse des Kegelrollenlagers entspricht.
Die inneren und äußeren Laufflächen 11 und 21 sind Flächen, mit denen die Wälzflächen 31 der Kegelrollen 30 in Wälzkontakt kommen, und auf welche radiale Lasten von den Wälzflächen 31 aufgebracht werden.
Wie in 4 dargestellt ist, in der Positionsbeziehung, in welcher die Mittelachsen des Innenrings 10, des Außenrings 20 und von jeder der Kegelrollen 30 in derselben gedachten axialen Ebene liegen, und die Mittelachsen (nicht dargestellt) der Kegelrollen 30 einen Punkt O₁ auf der Mittelachse CL des Innenrings 10 gegenüberliegen und in einer geraden Linie damit ausgerichtet sind, fallen die Spitzen der Konusformen der inneren und äußeren Laufflächen 11 und 21 und der Wälzflächen 31 der Kegelrollen 30 mit dem Punkt O₁ zusammen. Jede Kegelrolle 30 ist so ausgelegt, dass in 4 die große Endfläche 33 der Kegelrolle 30 basierend auf der sphärischen Fläche eines festgelegten Krümmungsradius R definiert ist, der seinen Mittelpunkt auf der geraden Linie hat, die den Punkt O₁ und die Mittelachse der Kegelrollen 30 miteinander verbindet.
Die Konusformen der inneren und äußeren Lauffläche 11 und 21 und die Wälzfläche 31 der Kegelrollen 30 sind nicht auf die von einer geraden Erzeugenden erzeugten Formen beschränkt, und es ist zu verstehen, dass solche Konusformen Formen umfassen, die eine Balligkeit aufweisen. Diese „Erzeugende“ bezieht sich auf ein Liniensegment, welches eine bestimmte gekrümmte Fläche als Trajektorie seiner Bewegung um eine Mittelachse erzeugt. Die Erzeugende der Lauffläche 11 ist beispielsweise ein Liniensegment, welches auf einer gedachten axialen Ebene liegt, die die Mittelachse CL des Innenrings 10 umfasst und die Lauffläche 11 bildet, und die Erzeugende der Wälzfläche 31 jeder Kegelrollen 30 ist ein Linienelement, das auf einer gedachten Ebene liegt, die die Mittelachse der Kegelrollen 30 umfasst und die Wälzfläche 31 bildet. Als Form der oben genannten Balligkeit kann eine Form mit vollständiger Balligkeit oder eine Form mit geschnittener Balligkeit verwendet werden, die im Patentdokument 3 von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung offenbart sind. Als Form mit geschnittener Balligkeit der Wälzfläche 31 kann eine logarithmische Balligkeit verwendet werden, wie die Form, die durch eine numerische Formel im japanischen Patent Nr. 5037094 erhalten wird, die im Patentdokument 3 zitiert wird.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, weist der große Flansch 12 des Innenrings 10 eine große Flanschfläche 12a auf, die die großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 aufnimmt; eine radiale Außenfläche 12b, die den Außendurchmesser des großen Flansches 12 definiert; und eine Abschrägung 12c der Flanschseite, die die radiale Außenkante der großen Flanschfläche 12a und die radiale Außenfläche 12b um den gesamten Umfang miteinander verbindet. Die Endfläche des großen Flansches 12 entgegengesetzt zu der großen Flanschfläche 12a bildet einen Abschnitt der Seitenfläche des Innenrings 10.
Die große Flanschfläche 12a ist eine Fläche, mit welcher die großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 in der Umfangsrichtung in Gleitkontakt gebracht werden. Die Erzeugende der großen Flanschfläche 12a ist eine gerade Linie, die bezüglich der radialen Richtung geneigt ist. Daher ist die große Flanschfläche 12a eine konische Fläche, die dieselbe Mittelachse wie die Lauffläche 11 aufweist. Die große Flanschfläche 12a kann eine beliebige geometrische Form aufweisen, vorausgesetzt sie ist in der Lage, an lediglich einem Punkt in Kontakt mit der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 zu geraten. Zu diesem Zweck kann ihre Erzeugende beispielsweise zu einer konkaven Erzeugenden geändert werden (in diesem Fall gerät die große Flanschfläche mit der Fläche des großen Endes der Rolle in Flächenkontakt, aber solch ein Kontakt wird der Einfachheit halber ebenfalls als ein Punktkontakt an der Kontaktposition zwischen dem konkaven Boden und der Fläche des großen Endes der Rolle interpretiert), oder die Erzeugende kann eine konvexe Erzeugende sein.
Der Schleiffreistich 13 des Innenrings 10 ist nutförmig und verbindet die große Flanschfläche 12a und die Lauffläche 11 miteinander. Der nutförmige Schleiffreistich 13 erstreckt sich um den gesamten Umfang, und ist zum Schleifen und Superfinishen der Lauffläche 11 und der großen Flanschfläche 12a gebildet. Der Schleiffreistich 13 weist bezüglich der Lauffläche 11 bzw. der großen Flanschfläche 12a Tiefen auf.
Wie in 2 dargestellt ist, verhindert der kleine Flansch 14 des Innenrings 10, dass die Kegelrollen 30 von der Lauffläche 11 zu der Seite des kleinen Durchmessers herunterfallen, wodurch eine Baugruppe der Kegelrollen 30, des Käfigs 40 und des Innenrings 10 gebildet wird. Der kleine Flansch 14 ist kein wesentliches Element des Innenrings und damit ist der Schleiffreistich 15 der Seite mit kleinem Durchmesser, der übernommen wird, wenn der kleine Flansch gebildet wird, ebenfalls kein wesentliches Element.
Der Innenring 10, der Außenring 20 und die Kegelrollen 30 werden gebildet, indem ihre festgelegten Abschnitte zuerst geschmiedet, dann gedreht und zuletzt geschliffen werden.
Die Lauffläche 11 und die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 werden durch Drehen und Schleifen eines geschmiedeten Gegenstands gebildet und werden durch Superfinishen poliert.
Wie in den 1 und 3 dargestellt ist, ist der Schleiffreistich 13 des Innenrings 10 mittels Drehen basierend auf einer festgelegten Erzeugendenform ausgebildet. Nach dem Drehen wird die Erzeugende des Schleiffreistichs 13 von einem geraden Linienabschnitt der Seite mit großem Durchmesser definiert, der von der großen Flanschfläche 12a geneigt ist; einem geraden Linienabschnitt der Seite mit kleinem Durchmesser, der von der Lauffläche 11 geneigt ist; und einem kreisbogenförmigen Linienabschnitt, der den geraden Linienabschnitt der Seite mit großem Durchmesser und den geraden Linienabschnitt der Seite mit kleinem Durchmesser miteinander verbindet. Schleifen und Superfinishen werden an dem Schleiffreistich 13 nicht aktiv ausgeführt, aber beim Schleifen der Lauffläche 11 und der großen Flanschfläche 12a rundet der Schleifer das Ende der Seite mit großem Durchmesser des geschliffenen Abschnitts der Lauffläche und das Ende der Innendurchmesserseite des geschliffenen Abschnitts der großen Flanschfläche geringfügig ab. Auch wenn im Wesentlichen die gesamte Fläche des Schleiffreistichs 13 eine gedrehte Fläche ist, weisen die Verbindungabschnitte des Schleiffreistichs 13, die mit der Lauffläche 11 und der großen Flanschfläche 12a verbunden sind, geringfügig abgerundete geschliffene Flächen oder Flächen mit Superfinishing auf.
Der Schnittpunkt (in 1) der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der Lauffläche 11 des Innenrings 10 in Richtung des Schleiffreistichs 13 erstreckt und der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a in Richtung des Schleiffreistichs 13 erstreckt, wird als der Bezugspunkt O₂ bezeichnet. Der Konuswinkel des Schleiffreistichs 13 bezüglich der großen Flanschfläche 12a wird als der Konuswinkel a bezeichnet. Der Konuswinkel des Schleiffreistichs 13 bezüglich der Lauffläche 11 wird als der Konuswinkel b bezeichnet. Die Tiefe des Schleiffreistichs 13 bezüglich der Lauffläche 11 wird als die Tiefe c bezeichnet. Die Tiefe des Schleiffreistichs 13 bezüglich der großen Flanschfläche 12a wird als die Tiefe d bezeichnet. Die Freistichbreite des Schleiffreistichs 13 von dem Bezugspunkt O₂ zu der großen Flanschfläche 12a wird als die Freistichbreite A bezeichnet. Die Freistichbreite des Schleiffreistichs 13 von dem Bezugspunkt O₂ zu der Lauffläche 11 wird als die Freistichbreite B bezeichnet.
Die Konuswinkel a und b, die Freistichbreite A und B und die Tiefen c und d sind physikalische Größen, um die Form des Schleiffreistichs 13 zu definieren. Von diesen physikalischen Größen ist es, da die Ausmaße der oben beschriebenen Rundung an den Verbindungsabschnitten des Schleiffreistichs 13, der mit der Lauffläche 11 und mit der großen Flanschfläche 12a verbunden ist, instabil sind, schwierig, diese Verbindungsabschnitte zu verwenden, um die Konuswinkel a und b zu definieren. Daher werden die Neigungswinkel der gedrehten Fläche des Schleiffreistichs 13 bezüglich der großen Flanschfläche 12a und der Lauffläche 11 als Konuswinkel a bzw. b verwendet.
Insbesondere ist der Konuswinkel a des Schleiffreistichs 13 der Winkel (spitze Winkel) des geraden Linienabschnitts der Seite mit großem Durchmesser der Erzeugenden des Schleiffreistichs 13 bezüglich der radial inneren Kante der großen Flanschfläche 12a. Der Konuswinkel b des Schleiffreistichs 13 ist der Winkel (spitze Winkel) des geraden Linienabschnitts der Seite mit kleinem Durchmesser der Erzeugenden des Schleiffreistichs 13 bezüglich der Kante der Seite mit großem Durchmesser der Lauffläche 11.
Die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 ist der Abstand von der radial inneren Kante der großen Flanschfläche 12a zu dem Referenzpunkt O₂ in der Richtung entlang der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a. Die Freistichbreite B des Schleiffreistichs 13 ist der Abstand von der Kante der Seite mit großem Durchmesser der Lauffläche 11 zu dem Referenzpunkt O₂ in der Richtung entlang der Erzeugenden der Lauffläche 11.
Der Konuswinkel a des Schleiffreistichs 13 ist größer als sein Konuswinkel b. Wenn der geschliffene Betrag der großen Flanschfläche 12a durch Schleifen (Betrag, um welchen die große Flanschfläche 12a in der Richtung senkrecht zu der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a geschliffen wird) den Sollwert überschreitet oder unterschreitet, ändert sich die Breite W (siehe 3) der großen Flanschfläche 12a in Abhängigkeit von dem Konuswinkel a des Schleiffreistichs 13. Die Breite W der großen Flanschfläche 12a ist der Abstand zwischen beiden Enden der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a. Da die Erzeugende der großen Flanschfläche 12a in dem dargestellten Beispiel eine gerade Linie ist, entspricht die Länge der Erzeugenden der Breite W. Je größer der Konuswinkel a ist, siehe 1, desto geringer ist der Änderungsbetrag in der Breite W der großen Flanschfläche 12a. Mit anderen Worten, je größer der Konuswinkel a ist, desto geringer ist der Einfluss der Überschreitung oder Unterschreitung des geschliffenen Betrags der großen Flanschfläche 12a bezüglich des Sollwerts auf die Freistichbreite A.
Der Konuswinkel a des Schleiffreistichs 13 beträgt vorzugsweise 20° oder mehr und 50° oder weniger. Innerhalb dieses Bereichs ist der Einfluss einer Überschreitung oder Unterschreitung des geschliffenen Betrags der großen Flanschfläche 12a auf die Freistichbreite A moderat, was es möglich macht, die Freistichbreite A leicht zu steuern. Der Konuswinkel a beträgt bevorzugter 30° oder mehr und 40° oder weniger.
Die Tiefe c des Schleiffreistichs 13 ist die Tiefe des Schleiffreistichs 13 bezüglich der Kante der Seite mit großem Durchmesser der Lauffläche 11 in der Richtung senkrecht zu der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der Lauffläche 11 erstreckt. Die Tiefe d des Schleiffreistichs 13 ist die Tiefe des Schleiffreistichs 13 bezüglich der radial inneren Kante der großen Flanschfläche 12a in der Richtung senkrecht zu der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a erstreckt.
Die Tiefe c des Schleiffreistichs 13 ist größer als seine Tiefe d. Dies ist, um eine Dickenabnahme der Wanddicke des Innenrings 10 zwischen der Seitenfläche des Innenrings 10 und des Schleiffreistichs 13 zu verhindern. Um diese Wanddicke ausreichend groß zu halten, beträgt die Tiefe d vorzugsweise 0,3 mm oder weniger.
Die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 ist geringer als seine Freistichbreite B. Ein Festlegen der Freistichbreite A als kleiner als die Freistichbreite B ist vorteilhaft beim Bewirken, dass der Konuswinkel a größer ist als der Konuswinkel b. Der Schleiffreistich 13 wird durch Drehen gebildet. Späne, die durch das Drehen erzeugt werden, können aus dem Schleiffreistich 13 leichter in Richtung der Lauffläche 11 abgeführt werden, wo ein vergleichsweise breiter Raum zur Verfügung steht, als in Richtung der großen Flanschfläche 12a. Daher kann der Schleiffreistich 13 durch Abführen der Späne in Richtung der Lauffläche 11 effizienter durch Drehen gebildet werden. Durch Erfüllen der Konuswinkel a > b und der Freistichbreiten A < B bezüglich des Schleiffreistichs 13 ist der Abführdruck der Späne während des Drehens vergleichsweise gering auf der Seite des Konuswinkels b und der Freistichbreite B, und damit werden die Späne leicht in Richtung der Lauffläche 11 abgeführt. Damit ist es möglich, die Drehbearbeitbarkeit zu verbessern und die Bearbeitungskosten zu verringern.
Die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 beträgt 0,5 mm oder weniger. Der Grund, weshalb solch eine geringe Freistichbreite A verwendet wird, liegt darin, den Innendurchmesser der großen Flanschfläche 12a zu verringern, wodurch, wie in 3 dargestellt ist, die Breite W der großen Flanschfläche 12a ausreichend verbreitert wird, die den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 gegenüberliegt. Eine Verbreiterung der Breite W der großen Flanschfläche 12a ist vorteilhaft dahingehend, dass, selbst wenn die Positionen der Gleitkontaktabschnitte der großen Flanschfläche 12a und der großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 versetzt sind, ein guter Kontaktzustand zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 aufrechterhalten wird.
Die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 ist kleiner als die Breite RC der Abschrägung 32 von jeder Kegelrolle 30 in der Richtung entlang der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a. Dies ist, um zu verhindern, dass die Gleitkontaktabschnitte der großen Flanschfläche 12a und der großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 zu der radial inneren Kante der großen Flanschfläche 12a versetzt werden. Die Breite RC der Abschrägung 32 von jeder Kegelrolle 30 kann beispielsweise auf 0,7 mm oder weniger festgelegt werden.
In den 2 und 4 wird der spitze Winkel der Erzeugenden der Lauffläche 11 bezüglich der Mittelachse CL des Innenrings 10 mit θ bezeichnet. Der Durchmesser des großen Endes der Wälzfläche 31 von jeder Kegelrolle 30 an ihrem großen Ende wird mit Dw bezeichnet. In der geometrischen Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ der Lauffläche 11, dem Durchmesser Dw des großen Endes der Wälzfläche 31 und der Rollenlänge L (siehe 2) erfüllt die Breite W (siehe 3) der großen Flanschfläche 12a die folgende Formel 1: $W \geq {D_{W} \times (1 / 2) \times T a n θ / (L {/D}_{W})},$
Die Formel 1 bestimmt die untere Grenze der Breite W der großen Flanschfläche 12a beim Aufrechterhalten eines guten Kontaktzustands zwischen der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 und den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30, wie in den 2 und 3 dargestellt. Insbesondere während eine radiale Belastung (dynamisch äquivalente Last, welches eine zusammengesetzte Last einer radialen Last und einer axialen Last ist) auf dieses Kegelrollenlager aufgebracht wird, wird die radiale Last aufgrund des Neigungswinkels θ der Lauffläche 11 auf die Lauffläche 11 und die große Flanschfläche 12a verteilt und aufgebracht. In der Formel 1 wird das Verhältnis dieser Verteilung mit Tanθ bezeichnet, und Tanθ wird mit dem Durchmesser Dw des großen Endes der Wälzfläche 31 multipliziert, was eng mit der Lagertragfähigkeit verbunden ist. Da normalerweise die auf das Kegelrollenlager während seines Betriebs aufgebrachte Last ungefähr die Hälfte oder weniger der Lagertragfähigkeit beträgt, wird der Durchmesser Dw des großen Endes der Wälzfläche 31 mit (1/2) multipliziert. Ferner, da je größer die Rollenlänge L ist, desto höher in dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis das Verhältnis der von der Lauffläche 11 aufgenommenen Last ist, ist die Beziehung zwischen der Rollenlänge L und dem Durchmesser Dw des großen Endes der Wälzfläche 31 in der Formel 1 als (L/Dw)^-1 eingesetzt. Die Formel 1 legt damit den unteren Grenzwert der Breite W der großen Flanschfläche 12a gemäß der aufgebrachten Last fest. Durch Erfüllen der Formel 1 ist es möglich, selbst wenn sich die Gleitkontaktabschnitte der großen Endflächen 33 und der großen Flanschfläche 12a radial nach außen des großen Flansches bewegen, zum Beispiel durch die Schrägstellung der Kegelrollen 30 oder die Neigung des großen Flansches 12 des Innenrings 10 aufgrund einer großen Momentbelastung, einen guten Kontaktzustand dazwischen zu halten.
Der obere Grenzwert der Breite W der großen Flanschfläche 12a kann ein beliebiger Wert (in Millimeter) zum Zweck des Lagerns und Führens der großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 sein, aber dieser obere Grenzwert beträgt vorzugsweise nicht mehr als das dreifache des unteren Grenzwerts von Formel 1. Wenn die Breite W der großen Flanschfläche 12a (und damit der Außendurchmesser der großen Flanschfläche 12a) zu groß wird, erreicht das Schmieröl die Gleitkontaktabschnitte der großen Flanschfläche 12a und der großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 nicht leicht, was es unmöglich macht, einen guten Schmierzustand sicherzustellen.
Der spitze Winkel der großen Flanschfläche 12a bezüglich der radialen Richtung wird als der Flanschflächenwinkel α bezeichnet (siehe 3). Die Differenz in der radialen Höhe zwischen dem Referenzpunkt O₂ und dem Kontaktpunkt der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 von jeder Kegelrolle 30 wird als die Kontaktpunkthöhe H bezeichnet (siehe 3). Die Kontaktpunkthöhe H wird in einer 1-zu-1-Beziehung mit der Kombination des Flanschflächenwinkels α und einem Basiskrümmungsradius R_BASE der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 bestimmt. In den 2 und 4 wird der Konuswinkel der Wälzfläche 31 von jeder Kegelrolle 30 mit β bezeichnet. Der Konuswinkel β der Wälzfläche 31 ist der Mittelpunktwinkel, der von der konischen Form der Wälzfläche 31 mit der Spitze O₁ des Konuswinkels β an der Mitte definiert wird. Der Buchstabe „ρ“ bezeichnet den Winkel (spitzen Winkel) der gedachten Linie, die sich von dem Kontaktpunkt zwischen der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 und der großen Endfläche 33 der Kegelrollen 30 zu der Spitze O₁ des Konuswinkels β erstreckt, bezüglich der Erzeugenden der Lauffläche 11, wird bezeichnet mit. Wie in 3 dargestellt ist, entspricht der Winkel ρ der Kontaktpunkthöhe H. Wenn die große Flanschfläche eine konvexe Krümmung in Richtung der großen Endfläche von jeder Kegelrolle aufweist oder eine konkave Krümmung weg von der großen Endfläche, wäre der Winkel ρ der Winkel der gedachten Linie, die sich von dem Kontaktpunkt zwischen der großen Endfläche und dem tiefsten Abschnitt oder dem höchsten Abschnitt der großen Flanschfläche erstreckt.
Die Umfangsgleitgeschwindigkeit an dem Kontaktpunkt zwischen der großen Flanschfläche 12a und der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 hängt von der Kontaktpunkthöhe H ab. Wenn sich der obige Kontaktpunkt an dem Referenzpunkt O₂ befindet, welches der gedachte Schnittpunkt zwischen der Lauffläche 11 und der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 ist (Kontaktpunkthöhe H = 0), ist die Gleitgeschwindigkeit null, und je höher die Kontaktpunkthöhe H von dem Referenzpunkt O₂ ist, desto höher ist die Gleitgeschwindigkeit an dem Kontaktpunkt. Durch Verwenden einer kleinen Freistichbreite A, wie oben beschrieben, ist es möglich, die große Flanschfläche 12a in Richtung des Schleiffreistichs 13 zu verbreitern, wodurch die Kontaktpunkthöhe H verringert wird. Daher liegt der Kontaktpunkt der großen Flanschfläche 12a und der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 an einer niedrigen Position, die β/6 ≥ ρ erfüllt. Ein Festlegen des Kontaktpunktes an solch einer niedrigen Position ist wirksam beim Verringern der Gleitgeschwindigkeit an den Gleitkontaktabschnitten der großen Flanschfläche 12a und der großen Endfläche 33 der Kegelrollen 30, wodurch eine Wärmeentwicklung an der großen Flanschfläche 12a verringert wird und ein steiler Temperaturanstieg der großen Flanschfläche 12a verhindert wird.
Wenn die Breite RC der Abschrägung 32 von jeder Kegelrolle 30 auf 0,7 mm oder weniger festgelegt wird, kann der Kontaktpunkt der großen Flanschfläche 12a und der großen Endfläche 33 der Kegelrollen 30 an eine weiter niedrigen Position festgelegt werden, die β/7≥ ρ erfüllt.
Das Verhältnis R/R_BASE, d.h., das Verhältnis des festgelegten Krümmungsradius R an der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 (von denen in 4 eine dargestellt ist), zu dem Basiskrümmungsradius R_BASE von der Spitze O₁ des Konuswinkels β der Wälzfläche 31 zu der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10; und das Verhältnis R_ACTUAL/R, d.h., das Verhältnis des tatsächlichen Krümmungsradius R_ACTUAL der großen Endfläche 33 zu dem festgelegten Krümmungsradius R kann innerhalb der numerischen Bereiche festgelegt werden, die von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung im Patentdokument 3 offenbart sind. Da die Details und technische Bedeutung dieser Verhältnisse R/R_BASE und R_ACTUAL/R im Patentdokument 3 offenbart sind, werden die Verhältnisse R/R_BASE und R_ACTUAL/R lediglich zusammenfassend in dieser Ausführungsform beschrieben.
Insbesondere ist der festgelegte Krümmungsradius R (siehe 4) der großen Endfläche 33 der Kegelrollen 30 die Abmessung der großen Endfläche 33, falls sie von einer idealen sphärischen Fläche gebildet wird. Wenn 5 betrachtet wird, in welcher:

(i) Punkte P1, P2, P3 und P4 die Enden der großen Endfläche 33 sind;
(ii) Punkt P5 der Mittelpunkt zwischen den Punkten P1 und P2 ist;
(iii) Punkt P6 der Mittelpunkt zwischen den Punkten P3 und P4 ist;
(iv) R₁₅₂ der Krümmungsradius des Kreises ist, der durch die Punkte P1, P2 und P5 verläuft; und
(vi) R₁₅₆₄ der Krümmungsradius des Kreises ist, der durch die Punkte P1, P5, P6 und P4 verläuft,

₁₅₂

₃₆₄

₁₅₆₄

6

₁₅₂

₃₆₄

₁₅₆₄

₁₅₂

₃₆₄

_ACTUAL

Der festgelegte Krümmungsradius R und die tatsächlichen Krümmungsradien R_ACTUAL werden wie folgt erhalten: der Krümmungsradius R₁₅₆₄ in 6 ist der Radius eines Näherungskreises, der durch die vier Punkte P1, P5, P6 und P4 in 5 verläuft. Eine Messung von R₁₅₂ = R₃₆₄ = R₁₅₆₄ wurde unter Verwendung einer Oberflächenrauheits-Messvorrichtung ausgeführt, die „Surftest“ genannt wird (Modell SV-3100; hergestellt von der Mitutoyo Corporation). Insbesondere wurde unter Verwendung dieser Messvorrichtung die Form entlang der Erzeugenden der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 erhalten, die Punkte P1, P2, P3 und P4 wurden aufgezeichnet und dann wurden die Mittelpunkte P5 und P6 aufgezeichnet. Der Krümmungsradius R₁₅₂ wurde als der Radius der kreisbogenförmigen gekrümmten Linie berechnet, die durch die Punkte P1, P5 und P2 verläuft (der Krümmungsradius R₃₆₄ wurde ebenfalls auf eine ähnliche Weise berechnet). Der Krümmungsradius R₁₅₆₄ wurde als der Radius einer näherungsweise kreisbogenförmigen gekrümmten Linie basierend auf durch Aufzeichnen der vier Punkte erhaltenen Werten berechnet, unter Verwendung des Befehls „multiple inputs“. Die Form der großen Endfläche 33 entlang ihrer Erzeugenden wurde einmal in der Durchmesserrichtung gemessen.
In 3 gerät die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 in Gleitkontakt nur mit dem Abschnitt der großen Endfläche 33 der Kegelrollen 33, der an einer Seite davon angeordnet ist, und den Krümmungsradius R₁₅₂, R₃₆₄ aufweist. Die Krümmungsradien der Positionen der großen Endfläche 33, die tatsächlich in Kontakt mit der großen Flanschfläche 12a kommen, sind die tatsächlichen Krümmungsradien R_ACTUAL (R₁₅₂, R₃₆₄), die kleiner sind als der festgelegte Krümmungsradius R (R₁₅₆₄). Aufgrund dieser Radiusdifferenz ist der tatsächliche Kontaktflächendruck zwischen der großen Flanschfläche 12 und der großen Endfläche 33 und der tatsächliche Schrägwinkel der Kegelrollen 30 größer als die idealen Werte im Entwurf. Wenn der Kontaktflächendruck und/oder der Schrägwinkel in einer Umgebung groß sind, in welcher ein Ölfilm nicht ausreichend gebildet wird, destabilisiert dies den Gleitkontakt zwischen der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a, wodurch der Ölfilmparameter verringert wird. Wenn der Ölfilmparameter unter 1 fällt, wird die Schmierung zwischen der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a zur Grenzschmierung, bei welcher Metallkontakt beginnt, so dass das Risiko von Fressen zunimmt. Der Ölfilmparameter wird mit A (=h/σ) angegeben, definiert durch das Verhältnis der Ölfilmdicke h, die mit der elastohydrodynamischen Schmierungstheorie erhalten wird, zu der zusammengesetzten Rauheit σ, welches der quadratische Mittelrauheitswert der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a ist. Die Bestätigung des funktionsfähigen Bereichs des Verhältnisses der tatsächlichen Krümmungsradien R_ACTUAL zu dem festgelegten Krümmungsradius R wird durch den Grad der Härte in dem Schmierzustand zwischen der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a an der Spitze der Schmieröl-Einsatztemperatur beeinflusst.
Wenn die Erzeugende der großen Flanschfläche 12a eine konstante geradlinige Form aufweist, wird der Schmierzustand zwischen der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a durch die tatsächlichen Krümmungsradien R_ACTUAL und die Einsatztemperatur des Schmieröls bestimmt. Da ein festgelegtes Schmieröl grundsätzlich in Getrieben und Differenzialen eingesetzt wird, ist die Viskosität des Schmieröls ebenfalls festgelegt. Unter der Annahme einer als maximale Bedingung an der Spitze der Einsatztemperatur des Schmieröls extrem harten Temperaturbedingung, unter welcher die Spitze für 3 Minuten (180 Sekunden) bei 120 °C anhält, wird in dem Schmierzustand, in welchem die Viskositätseigenschaft des Schmieröls dieser angenommenen Spitzentemperaturbedingung hinzugefügt wird, der Grenzwert zum Festlegen des Verhältnisses R_ACTUAL/R, d.h., des Verhältnisses des tatsächlichen Krümmungsradius R_ACTUAL zu dem festgelegten Krümmungsradius R, um keinen steilen Temperaturanstieg zu erzeugen, als ein Flanschschmierkoeffizient erhalten, erhalten durch einen Flanschschmierkoeffizienten, d.h. Flanschschmierkoeffizient = Viskosität bei 120°C X (Ölfilmdicke h)²/180 Sekunden. Die Ölfilmdicke h wird mittels Karna's Formel erhalten. Hinsichtlich des Kontaktflächendrucks zwischen der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a, der Ölfilmdicke h, dem Schrägwinkel, und dem Ölfilmparameter, ist es möglich, R_ACTUAL/R innerhalb eines funktionsfähigen Bereichs festzulegen, indem dieser Bereich so festgelegt wird, dass der Flanschschmierkoeffizient 8 X 10^-9 (Grenzwert) übersteigt.
Turbinenöl vom ISO-Viskositätsgrad VG32, welches ein in Getrieben oft eingesetztes Schmieröl ist, weist eine Viskosität bei 120 °C von 7,7 cSt (=7,7 mm²/s) auf, was gering ist. Damit wird der Schmierzustand, in welchem die Viskosität des Schmieröls der angenommenen Spitzentemperaturbedingung hinzugefügt wird, zu extrem harten Bedingungen werden. Daher ist das oben beschriebene Verhältnis R_ACTUAL/R vorzugsweise 0,8 oder mehr. Für SAE 75W-90, welches ein in Differenzialen oft verwendetes Getriebeschmieröl ist, ist R_ACTUAL/R vorzugsweise 0,5 oder mehr.
Das Verhältnis R/R_BASE, d.h. das Verhältnis des festgelegten Krümmungsradius R (siehe 4) der großen Endfläche 33 von jeder Kegelrolle 30 (von denen in 4 eine dargestellt ist) zu dem Basiskrümmungsradius R_BASE von der Spitze O₁ des Konuswinkels β der Wälzfläche 31 zu der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 ist, wie in 7 dargestellt ist, mit dem Ölfilm-Bildungsvermögen an dem Gleitkontaktabschnitt der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a verbunden. Die maximale Hertzsche Pressung p an dem Gleitkontaktabschnitt der großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a sinkt, wenn R/R_BASE zunimmt. Ebenfalls nimmt der Schrägwinkel zu, wenn R/R_BASE abnimmt.
Die vertikale Achse von 7 zeigt das Verhältnis t/to, welches das Verhältnis der Ölfilmdicke t eines Ölfilms ist, der zwischen dem Gleitkontaktabschnitt von jeder der großen Endflächen 33 (von denen eine in 4 dargestellt ist) und der großen Flanschfläche 12a gebildet ist, zu der Ölfilmdicke to des Ölfilms, wenn R/R_BASE 0,76 ist. Wie in 7 dargestellt ist, wird die Ölfilmdicke t maximal, wenn R/R_BASE 0,76 ist, und die Ölfilmdicke t fällt steil ab, wenn R/R_BASE 0,9 überschreitet. Um die Ölfilmdicke an dem Optimalwert festzulegen, wird R/R_BASE besonders bevorzugt auf 0,75 oder mehr und 0,87 oder weniger festgelegt.
Da in dem Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung die große Flanschfläche 12a so optimiert ist, dass ein guter Kontaktzustand zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 aufrechterhalten wird, indem die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 gesenkt wird, wie oben beschrieben, wodurch die Breite W der großen Flanschfläche 12a in Richtung des Schleiffreistichs 13 verbreitert wird, ist es möglich, den zulässigen Bereich von R/R_BASE als auch R_ACTUAL/R zu erweitern.
Insbesondere kann R/R_BASE bei 0,70 oder mehr und 0,95 oder weniger festgelegt werden, und ist vorzugsweise 0,70 oder mehr und 0,90 oder weniger, am bevorzugtesten 0,75 oder mehr und 0,87 oder weniger.
R_ACTUAL/R kann bei 0,3 oder mehr festgelegt werden, und ist vorzugsweise 0,5 oder mehr, am bevorzugtesten 0,8 oder mehr. Für eine fertiggestellte Kegelrolle 30, in welcher sich R_ACTUAL/R innerhalb des Bereichs von 0,3 oder mehr und weniger als 0,5 befindet, ist es selbst wenn es irgendeine Störung gibt, die einen Versatz des Gleitkontaktabschnitts verursacht, zum Beispiel die Schrägstellung der Kegelrollen 30 oder die Neigung der großen Flanschfläche 12a aufgrund einer großen Momentlast, möglich, einen guten Kontaktzustand zwischen der großen Flanschfläche 12 und der großen Endfläche 33 der Kegelrolle 30 aufrechtzuerhalten, da die große Flanschfläche 12a wie oben beschrieben optimiert ist.
Dies bedeutet, dass eine oder mehrere der Vielzahl von fertiggestellten Kegelrollen 30 einen R/R_BASE-\Nert von 0,70 oder mehr und 0,95 oder weniger aufweisen können und/oder einen R_ACTUAL/R-Wert von 0,3 oder mehr und weniger als 0,5 aufweisen können. Damit ist es möglich, die Ausbeute der Kegelrollen 30 zu verbessern.
Der oben beschriebene Ölfilmparameter hängt von der zusammengesetzten Rauheit der großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 und der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 ab. Durch Hochglanzpolieren der großen Endflächen 33 und der großen Flanschfläche 12a ist es möglich, die Ölfilmbildung zu verbessern und eine geeignete Ölfilmdicke zu gewährleisten. Insbesondere weist die große Flanschfläche 12a eine Oberflächenrauheit von 0,1 µm Ra oder weniger auf, vorzugsweise 0,08 µm Ra oder weniger. Die großen Endflächen 33 weisen eine Oberflächenrauheit von 0,12 µm Ra oder weniger auf, vorzugsweise 0,1 µm Ra oder weniger. Die Oberflächenrauheit bezieht sich auf einen in JIS B0601:2013 „Geometric property specifications (GPS) of product - surface properties: Contour curve method - term, definition and surface properties parameter“ definierten arithmetischen Mittenrauwert Ra.
Um zu verhindern, dass die großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 in Gleitkontakt (Kantenanlage) mit der radial äußeren Kante der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 geraten, kann eine Hinterschneidungsfläche zwischen der großen Flanschfläche 12a und der Abschrägung 12c der Flanschseite in 1 ausgebildet werden. Diese Modifikation ist in 8 dargestellt. Wie in 8 dargestellt ist, ist eine Hinterschneidungsfläche 12d zwischen der großen Flanschfläche 12a und der Abschrägung 12c der Flanschseite ausgebildet. Die Hinterschneidungsfläche 12d biegt sich in Richtung der radial äußeren Fläche 12b, so dass der Betrag ihrer Biegung von der radial äußeren Kante der großen Flanschfläche 12a in Richtung der Abschrägung 12c der Flanschseite zunimmt. Die Erzeugende der Hinterschneidungsfläche 12d ist eine kreisbogenförmige Linie, die einen Krümmungsradius Rd aufweist.
Bei Betrachtung von:

(i) dem gedachten Schnittpunkt zwischen der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a erstreckt und der gedachten Linie, die sich von der Erzeugenden der Abschrägung 12c der Flanschseite erstreckt;
(ii) der Breite L1 der Abschrägung 12c der Flanschseite, welches der Abstand in der Richtung entlang der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a von dem obigen gedachten Schnittpunkt zu der Position ist, die den gleichen Durchmesser wie die radial äußeren Fläche 12b aufweist; und
(iii) der Breite L2 der Hinterschneidungsfläche 12d, welches der Abstand in der Richtung entlang der Erzeugenden der großen Flanschfläche 12a von der radial äußeren Kante der großen Flanschfläche 12a zu dem obigen gedachten Schnittpunkt ist,

Es wird ebenfalls bevorzugt, die Funktion weiter zu verbessern, indem die Optimierung der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10, wie in den 1, 3 und 8 dargestellt ist und Wärmebehandlungseigenschaften des Innenrings 10 zusammen kombiniert werden. Insbesondere, da eine Oberflächenschädigung durch Metallkontakt auftreten kann, wenn Schmierbedingungen während des Gleitkontakts zwischen den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 und der großen Flanschfläche 12a hart sind, wird es bevorzugt, zu bewirken, dass die große Flanschfläche 12a Eigenschaften aufweist, die eine Oberflächenschädigung verzögern.
Insbesondere ist die Korngrößenzahl der alten Austenit-Kristallkörner an der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 vorzugsweise Nr. 6 oder mehr. Die Korngrößenzahl von alten Austenit-Kristallkörnern wird in JIS G0551:2013 als „Stahl-Mikrographische Bestimmung der scheinbaren Korngröße“ definiert. Die „alten Austenit-Kristallkörner“ beziehen sich auf Austenit-Kristallkörner nach Abschrecken. Die Grenzen (Korngrenzen) der alten Austenit-Kristallkörner werden als alte Kristallkörner-Grenzen bezeichnet, und die alten Austenit-Kristallkörner werden von den alten Austenit-Kristallkörner -Grenzen umgeben. Je geringer die Korngrößen der alten Austenit-Kristallkörner (je größer die Korngrößenzahl) ist, desto geringer wird die Geschwindigkeit der Schädigung durch die Kristallkorngrenzen. Daher ist die Korngrößenzahl, die für ein Element geeignet ist, dessen Basis ein Metall ist und das in Gleitkontakt gerät, wie die große Flanschfläche 12a, Nr. 6 oder mehr, vorzugsweise Nr. 10 oder mehr, noch bevorzugter Nr. 11 oder mehr.
Es ist erstrebenswert, dass die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 von einer nitrierten Schicht gebildet wird, die einen Stickstoffgehalt von 0,05 Gewichtsprozent oder mehr aufweist, oder dass die große Flanschfläche 12a eine Stickstoffeindringtiefe von 0,1 mm oder mehr aufweist. Da die nitrierte Schicht, die einen Stickstoffgehalt von 0,05 Gewichtsprozent oder mehr aufweist, eine Anlasserweichungsbeständigkeit aufgrund ihrer Stickstoffanreicherungswirkung aufweist, nimmt der Widerstand gegenüber einer lokalen Wärmeentwicklung an dem Gleitkontaktabschnitt der großen Flanschfläche 12a zu. Die nitrierte Schicht ist eine Schicht, die auf der Oberflächenschicht der großen Flanschfläche 12a ausgebildet ist und einen erhöhten Stickstoffgehalt aufweist, und wird zum Beispiel durch Karbonitrieren, Nitrieren oder Stickstoffinfiltrationsbehandlung realisiert. Die nitrierte Schicht weist vorzugsweise einen Stickstoffgehalt von 0,1 Gewichtsprozent oder mehr und 0,7 Gewichtsprozent oder weniger auf. Wenn der Stickstoffgehalt 0,1 Gewichtsprozent oder mehr beträgt, kann erwartet werden, dass sich die Wälzlebensdauer speziell in einer Umgebung verbessert, in welcher Fremdkörper vorhanden sind, wohingegen es, wenn der Stickstoffgehalt mehr als 0,7 Gewichtsprozent beträgt, Bedenken bezüglich einer verkürzten Lebensdauer aufgrund der Bildung von Löchern, die Poren genannt werden, gibt oder aufgrund einer verringerten Härte, die von einer erhöhten Menge des verbleibenden Austenits resultiert. Der Stickstoffgehalt ist der Wert an der Oberflächenschicht 10 µm weg von der Oberfläche der großen Flanschfläche 12a nach Schleifen und kann beispielsweise mittels EPMA (Röntgenmikroanalysator vom Wellenlängendispersionstyp) gemessen werden.
Der Innenring 10, der Außenring 20 und die Kegelrollen 30, die in 2 dargestellt sind, sind aus Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (wie SUJ2-Material) gebildet. Der Innenring 10, der Außenring 20 und die Kegelrollen 30 werden einer Wärmebehandlung zur Bildung nitrierter Schichten unterworfen. Diese Wärmebehandlung kann mit einem in Patentdokument 3 offenbarten Verfahren oder mit einem anderen Verfahren ausgeführt werden. Das Material des Innenrings 10, des Außenrings 20 und der Kegelrollen 30 ist nicht auf Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt beschränkt. Beispielsweise können der Innenring 10 und der Außenring 20 aus einem aufgekohlten Stahl, wie Chromstahl oder Chrom-Molybdän-Stahl gebildet sein und können als Wärmebehandlung herkömmlichem Aufkohlen, Abschrecken und Tempern unterzogen werden.
Versuche wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit des Kegelrollenlagers gemäß der vorliegenden Erfindung zu verifizieren. Die Überprüfungsbedingungen und die grundlegenden Spezifikationen der Versuchslager in dem ersten Versuch sind wie folgt (siehe nachfolgend bei Bedarf 1 bis 3):
<Überprüfungsbedingungen>

- Versuchslager: Modell Nr. 32008X (JIS Millimetertyp Standardkegelrollenlager)
- Lagergröße: Φ (mm im Durchmesser) 40 × Φ68 x 19
- Schmieröl: Turbinenöl ISO VG32 (Viskosität: 32 mm²/s bei 40 °C, 5,5 mm²/s bei 100 °C)
- Schmierbedingung: Radiallast = 0,3 Cr (Cr ist die dynamische Tragzahl)
- Drehzahl: 4000 U/min
- Menge von Schmieröl: Öl wurde durch Tröpfeln mit der Rate von 4 mL/min zugeführt

< Verschiedene Parameter der Versuchslager>

- R_ACTUAL/R = 0,41
- Breite W der großen Flanschfläche 12a = 1,55
- Oberflächenrauheit der großen Flanschfläche 12a = 0,072 µm Ra
- Oberflächenrauheit der großen Endfläche 33 = 0,063 µm Ra
- R/R_BASE = 0,81

Zusätzlich zu den oben beschriebenen grundlegenden Spezifikationen wurden die Versuchslager basierend auf den unten gezeigten „angewendeten Spezifikationen“ evaluiert, bei denen die Freistichbreite A der Schleiffreistiche 13 der jeweiligen Versuchslager voneinander abweichen. Die Evaluationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. <Tabelle 1>

Nr.	Angewendete Spezifikationen	Evaluationsergebnis
1	Freistichbreite A = 0,28	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg, und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit dem unversehrten Lager beendet.
2	Freistichbreite A = 0,43	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg, und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Versuch mit dem unversehrten Lager beendet.
3	Freistichbreite A = 0,50	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg, und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Versuch mit dem unversehrten Lager beendet.
4	Freistichbreite A = 0,57	O (Berechnete Lebensdauer wurde ausreichend erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings ungefähr 110 °C aufwies, aber die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Versuch mit dem unversehrten Lager beendet.
5	Freistichbreite A = 0,62	Δ (Versuchszeit überstieg berechnete Lebensdauer geringfügig) Da die Temperatur des Außenrings zunehmend auf 130 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.
6	Freistichbreite A = 0,74	X (Berechnete Lebensdauer wurde nicht erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings steil auf 150 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, war es in jedem der Versuchslager 1 bis 4, in welchen die Freistichbreiten A 0,57 mm oder weniger betrugen, möglich, einen Temperaturanstieg selbst unter harten Schmierbedingungen zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu gewährleisten, wohingegen in jedem der Versuchslager 5 und 6, in welchen die Freistichbreiten A 0,62 mm oder mehr betrugen, es nicht möglich war, einen Temperaturanstieg zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu erwarten. Mit anderen Worten wird festgestellt, dass ein Festlegen der Freistichbreite A auf 0,5 oder weniger wirksam beim Verringern eines Temperaturanstiegs selbst unter harten Schmierbedingungen ist.
Die Prüfungsbedingungen und grundlegenden Spezifikationen der Versuchslager in dem zweiten Versuch sind wie folgt:
<Überprüfungsbedingungen>

- Versuchslager: Modell Nr. 32008X (JIS Millimetertyp Standardkegelrollenlager)
- Lagergröße: Φ40 × Φ68 x 19
- Schmieröl: Turbinenöl ISO VG32 (Viskosität: 32 mm²/s bei 40 °C, 5,5 mm²/s bei 100 °C)
- Schmierbedingung: Radiallast = 0,3 Cr (Cr ist die dynamische Tragzahl)
- Drehzahl: 4000 U/min
- Menge von Schmieröl: Öl wurde durch Tröpfeln mit der Rate von 4 mL/min zugeführt

< Verschiedene Parameter der Versuchslager>

- R_ACTUAL/R = 0,51
- Breite W der großen Flanschfläche 12a = 1,67
- Oberflächenrauheit der großen Flanschfläche 12a = 0,035 µm Ra
- Oberflächenrauheit der großen Endfläche 33 = 0,037 µm Ra
- R/R_BASE = 0,83

Zusätzlich zu den oben beschriebenen grundlegenden Spezifikationen wurden die Versuchslager in dem zweiten Versuch basierend auf den unten gezeigten „angewandten Spezifikationen“ evaluiert, in welchen die Freistichbreiten A unterschiedlich zueinander sind, wobei die Verhältnisse der Konuswinkel β zu den Winkeln ρ der jeweiligen Versuchslager auf denselben Wert festgelegt sind. Die Evaluationsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. <Tabelle 2>

Nr.	Angewendete Spezifikationen		Evaluationsergebnis
8	Freistichbreite A = 0,44	β/p = 6,5	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit unversehrtem Lager beendet.
9	Freistichbreite A = 0,51	β/p = 6,5	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit unversehrtem Lager beendet.
10	Freistichbreite A = 0,59	β/ρ = 6,5	O (Berechnete Lebensdauer wurde ausreichend erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings ungefähr 100 °C aufwies, aber die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Versuch mit unversehrtem Lager beendet.
11	Freistichbreite A = 0,65	β/p = 6,5	△ (Die Versuchszeit überschritt geringfügig die berechnete Lebensdauer) Da die Temperatur des Außenrings allmählich auf 130 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.
12	Freistichbreite A = 0,78	β/ρ = 6,5	× (Die berechnete Lebensdauer wurde nicht erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings steil auf 150 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, war es in jedem der Versuchslager 7 bis 10, in welchem die Freistichbreite A 0,59 mm oder weniger betrug, wobei der β/ρ-Wert auf 6,5 festgelegt war, möglich, einen Temperaturanstieg selbst unter harten Schmierbedingungen zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu gewährleisten, wohingegen in jedem der Versuchslager 11 und 12, in welchen die Freistichbreite A 0,65 mm oder mehr betrug, wobei der β/ρ-Wert auf 6,5 festgelegt war, es nicht möglich war, einen Temperaturanstieg zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu erwarten.
Die Überprüfungsbedingungen und die grundlegenden Spezifikationen der Versuchslager in dem dritten Versuch sind wie folgt:
<Überprüfungsbedingungen>

- Versuchslager: Modell Nr. 32008X (JIS Millimetertyp Standardkegelrollenlager)
- Lagergröße: Φ40 × Φ68 × 19
- Schmieröl: Turbinenöl ISO VG32 (Viskosität: 32 mm²/s bei 40 °C, 5,5 mm²/s bei 100 °C)
- Schmierbedingung: Radiallast = 0,3 Cr (Cr ist die dynamische Tragzahl)
- Drehzahl: 4000 U/min
- Menge von Schmieröl: Öl wurde durch Tröpfeln mit der Rate von 4 mL/min zugeführt

< Verschiedene Parameter der Versuchslager>

- R_ACTUAL/R = 0,55
- Breite W der großen Flanschfläche 12a = 1,52
- Oberflächenrauheit der großen Flanschfläche 12a = 0,046 µm Ra
- Oberflächenrauheit der großen Endfläche 33 = 0,047 µm Ra
- R/R_BASE = 0,86

Zusätzlich zu den oben beschriebenen grundlegenden Spezifikationen wurden in dem dritten Versuch die Versuchslager basierend auf den unten gezeigten „angewendeten Spezifikationen“ evaluiert, in welchen die Verhältnisse der Konuswinkel β zu den jeweiligen Winkeln ρ der jeweiligen Versuchslager verschieden voneinander waren, wobei die Freistichbreiten A auf denselben Wert festgelegt waren. Die Evolutionsergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. <Tabelle 3>

Nr.	Angewendete Spezifikationen		Evaluationsergebnis
13	Freistichbreite A = 0,50	β/ρ = 9,0	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit unversehrtem Lager beendet.
14	Freistichbreite A = 0,50	β/p = 7,5	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit unversehrtem Lager beendet.
15	Freistichbreite A = 0,50	β/p = 6,1	⊚ (Berechnete Lebensdauer wurde mehr als genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings nicht anstieg und die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Test mit unversehrtem Lager beendet.
16	Freistichbreite A = 0,50	β/p = 5,7	O (Berechnete Lebensdauer wurde genug erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings ungefähr 110 °C aufwies aber die Versuchszeit die berechnete Lebensdauer deutlich überstieg, wurde der Versuch mit unversehrtem Lager beendet.
17	Freistichbreite A = 0,50	β/ρ = 5,5	△ (Die Versuchszeit überstieg geringfügig die berechnete Lebensdauer) Da die Temperatur des Außenrings allmählich auf 130 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.
18	Freistichbreite A = 0,50	β/ρ = 5,0	X (Die berechnete Lebensdauer wurde nicht erfüllt) Da die Temperatur des Außenrings steil auf 150 °C anstieg, wurde der Versuch beendet.

Wie in Tabelle 3 dargestellt ist, war es in jedem der Versuchslager 13 bis 16, in welchem die β/p-Werte 5,7 oder mehr betrugen, wobei die Freistichbreite A auf 0,5 mm festgelegt war, möglich, einen Temperaturanstieg selbst unter harten Schmierbedingungen zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu gewährleisten, wohingegen es in jedem der Versuchslager 17 und 18, in welchen die β/ρ-Werte 5,5 oder weniger betrugen, wobei die Freistichbreiten A auf 0,5 mm festgelegt waren, nicht möglich war, einen Temperaturanstieg zu verringern, und damit eine ausreichende Lagerlebensdauer zu erwarten. Angesichts der Ergebnisse des zweiten und dritten Versuchs wird festgestellt, dass ein Festlegen der Freistichbreite A auf 0,5 oder weniger und ein Übernehmen von β/6 ≥ ρ wirksam beim Verringern eines Temperaturanstiegs selbst unter harten Schmierbedingungen ist.
Da in dem Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die Freistichbreite A des Schleiffreistichs 13 des Innenrings 10 auf eine besonders kleine Abmessung, d.h. 0,5 mm oder weniger, festgelegt ist, ist die Breite W der großen Flanschfläche 12 breit genug, um die großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 aufzunehmen. Deshalb ist es möglich, die Kontaktbeziehung zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 zu optimieren; und eine gute Keilwirkung zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 zu erzeugen, um das Ölfilm-Bildungsvermögen an den Gleitkontaktabschnitten der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 zu verbessern. Daher ist es möglich, einen steilen Temperaturanstieg zu verhindern und das Lager problemlos zu drehen, selbst wenn dieses Kegelrollenlager unter harten Schmierbedingungen eingesetzt wird.
Wenn beispielsweise die Schmierbedingungen besonders hart sind und die Schmierung der Gleitkontaktabschnitte der großen Flanschfläche 12a und der großen Endflächen 33 gleich oder nahe der Grenzfilmschmierung ist, kann die große Flanschfläche 12a abgenutzt werden. Wenn die Abnutzung der großen Flanschfläche 12a den Schleiffreistich 13 erreicht und die großen Endflächen 33 und die radial innere Kante der großen Flanschfläche 12a in Kantenanlage miteinander geraten, wird eine Spannungskonzentration auftreten, was das Gleitverhalten der Kegelrollen 30 destabilisiert. Dies kann zu einem steilen Temperaturanstieg führen. Im Gegensatz dazu ist in dem Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung die große Flanschfläche 12a den großen Endflächen 33 ausreichend gegenübergestellt, selbst wenn die große Flanschfläche 12a abgenutzt wird, da die Breite W der großen Flanschfläche 12a groß ist, und da ebenfalls der Schleiffreistich 13 (Freistichbreite A) klein ist, erreicht die Abnutzung der großen Flanschfläche 12a nicht die Grenze zwischen der großen Flanschfläche 12a der Schleiffreistiche 13 (radial innere Kante der großen Flanschfläche 12a), und die Endfläche der großen Flanschfläche 12a verbleibt auf ihrer radial inneren Seite. Daher ist es selbst unter solch besonders harten Schmierbedingungen möglich, die große Flanschfläche 12a und die großen Endflächen 33 geeignet in Kontakt miteinander zu halten.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Beziehung zwischen dem Konuswinkel β von jeder Kegelrolle 30 und dem Winkel ρ auf β/6 ≥ ρ festgelegt ist, ist die radiale Kontaktpunkthöhe H bezüglich des Referenzpunkts O₂ von jeder großen Endfläche 33 und der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 niedrig. Deshalb ist es möglich, einen Anstieg der Gleitgeschwindigkeit an den Gleitkontaktabschnitten der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 zu verhindern, wodurch eine Wärmebildung an der großen Flanschfläche 12a verringert wird und damit ein steiler Temperaturanstieg verhindert wird.
Wie oben beschrieben, ist es in diesem Kegelrollenlager möglich, die Kontaktbeziehung zwischen der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 und den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 zu optimieren, so dass sich das Ölfilm-Bildungsvermögen an den Gleitkontaktabschnitten verbessert, wodurch ein Anstieg in der Gleitgeschwindigkeit an den Gleitkontaktabschnitten verhindert wird. Damit ist es möglich, einen steilen Temperaturanstieg zu verhindern und das Lager problemlos zu drehen, selbst wenn das Kegelrollenlager unter harten Schmierbedingungen eingesetzt wird.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Beziehung zwischen den Konuswinkeln a und b des Schleiffreistichs 13 des Innenrings 10 auf a > b festgelegt ist und die Beziehung zwischen den Freistichbreiten A und B auf A < B festgelegt ist, ist es möglich, die Drehbearbeitbarkeit des Schleiffreistichs 13 zu verbessern und den Einfluss einer Überschreitung oder Unterschreitung des Schleiftbetrags der großen Flanschfläche 12a auf den Betrag der Änderung in der Breite W der großen Flanschfläche 12a (Einfluss auf die Freistichbreite A) abzuschwächen. Ebenfalls ist es möglich, die große Flanschfläche 12a mittels Schleifen leicht zu bilden. Daher ist es in diesem Kegelrollenlager möglich, die Bearbeitungskosten zu verringern und damit die gesamten Kosten des Lagers.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Beziehung zwischen den Tiefen c und d des Schleiffreistichs 13 des Innenrings 10 auf c > d festgelegt ist, ist es möglich, die Spannung des großen Flansches 12 zu verringern, die durch Lasten verursacht wird, die von den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 auf die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 aufgebracht werden, und die Festigkeit des großen Flansches 12 zu verbessern. Dies ist vorteilhaft beim Verringern der Neigung des großen Flansches 12, beispielsweise aufgrund von einer Störung, und beim Aufrechterhalten eines geeigneten Kontaktzustands zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Tiefe d des Schleiffreistichs 13 des Innenrings 10 auf 0,3 mm oder weniger festgelegt ist, ist es möglich, die Festigkeit des großen Flansches 12 zuverlässig zu verbessern.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager der Konuswinkel a des Schleiffreistichs 13 des Innenrings 10 innerhalb des Bereichs von 20° ≤ a ≤ 50° festgelegt ist, ist es möglich, den Einfluss einer Überschreitung oder Unterschreitung des geschliffenen Betrags der großen Flanschfläche 12a auf den Betrag der Änderung in der Breite W der großen Flanschfläche 12a zu verringern (Einfluss auf die Freistichbreite A). Damit ist es möglich, die Breite W der großen Flanschfläche 12a (Freistichbreite A) leicht zu steuern.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Breite W der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 auf einen Wert festgelegt ist, der die oben gezeigte Formel 1 erfüllt, ist es möglich, zu bewirken, dass die große Flanschfläche 12a den großen Endflächen 33 ausreichend gegenübergestellt ist. Daher ist es möglich, selbst wenn die Gleitkontaktabschnitte der großen Endflächen 33 und der großen Flanschfläche 12a durch eine Störung radial nach außen des großen Flansches versetzt werden, einen guten Kontaktzustand dazwischen zu halten.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die Korngrößenzahl der alten Austenit-Kristallkörner in der großen Flanschfläche 12a des Innenrings 10 Nr. 6 oder mehr ist, ist es möglich, ihre Oberflächenschädigung aufgrund eines Metallkontakts mit den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 zu verzögern.
Da auch in diesem Kegelrollenlager die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 von einer nitrierten Schicht gebildet ist, die einen Stickstoffgehalt von 0,05 Gewichtsprozent oder mehr aufweist, ist es möglich, ihre Oberflächenschädigung aufgrund eines Metallkontakts mit den großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 zu verzögern.
Da ebenfalls in diesem Kegelrollenlager die große Flanschfläche 12a des Innenrings 10 eine Oberflächenrauheit von 0,1 µm Ra oder weniger aufweist, und die großen Endflächen 33 der Kegelrollen 30 eine Oberflächenrauheit von 0,12 µm Ra oder weniger aufweisen, ist es möglich, eine Ölfilmbildung zu verbessern, indem der Ölfilmparameter zwischen der großen Flanschfläche 12a und den großen Endflächen 33 verbessert wird.
Ebenfalls kann dieses Kegelrollenlager, selbst wenn die R/R_BaSE-Werte 0,70 oder mehr und 0,95 oder weniger betragen und die R_ACTUAL/R-Werte für mindestens eine der Vielzahl von Kegelrollen 30 0,3 oder mehr und weniger als 0,5 beträgt, unter harten Schmierbedingungen eingesetzt werden, und dennoch ist es möglich, die Ausbeute der Kegelrollen 30 zu verbessern und damit das Lager zu vergleichsweise geringen Kosten im Vergleich zu dem Kegelrollenlager von Patentdokument 3 bereitzustellen.
Das Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise eingesetzt werden, um eine Rotationswelle eines Getriebes oder eines Differenzials für ein Automobil in einer Umgebung zu lagern, in welchem Schmieröl in das Lager von der Außenseite durch Planschen oder Ölbadschmierung zugeführt wird. Ein Beispiel seiner Verwendung wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 stellt ein Differenzial für ein Automobil dar.
Das Differenzial von 9 umfasst ein Antriebsritzel 104, das von zwei Kegelrollenlagern 102 und 103 gelagert wird, um bezüglich eines Gehäuses 101 drehbar zu sein; ein Hohlrad 105, das mit dem Antriebsritzel 104 kämmt; und einen Differenzialgetriebemechanismus (nicht dargestellt), und diese Komponenten sind in dem Gehäuse 101 aufgenommen, in welchem Getriebeschmieröl abgedichtet ist. Dieses Getriebeschmieröl wird verwendet, um ebenfalls die Kegelrollenlager 102 und 103 zu schmieren, und wird den Seitenflächen der Lager mit einem Spritz- oder Ölbadverfahren zugeführt.
Ein anderes Beispiel der Verwendung des Kegelrollenlagers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu 10 beschrieben. 10 stellt ein Getriebe für ein Automobil dar.
Das Getriebe von 10 ist ein Mehrganggetriebe, welches die Getriebeübersetzung stufenweise ändert, und umfasst Kegelrollenlager 202 bis 205 gemäß einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen, die seine Drehwellen drehbar lagern (zum Beispiel eine Eingangswelle 201, in welche die Drehung des Motors eingegeben wird). Das dargestellte Getriebe ist so konfiguriert, dass durch ein wahlweises Einkuppeln einer beliebigen von Kupplungen (nicht dargestellt) die Drehung der Eingangswelle 201 durch den ausgewählten der Getriebezüge 206 und 207 in der ausgewählten Getriebeübersetzung auf eine Ausgangswelle übertragen wird. Ebenfalls ist dieses Getriebe so konfiguriert, dass Schmieröl (Getriebeschmieröl), das aufgrund der Drehung der Zahnräder spritzt, den Seitenflächen der Kegelrollenlager 202 bis 205 zugeführt wird.
Da jedes der in 9 und 10 dargestellten Kegelrollenlager 102, 103 und 202 bis 205 dem beispielsweise in 1 dargestellten Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung entspricht, ist es möglich, selbst in einer Schmierumgebung, in welcher Öl verdünnt ist, um Treibstoff zu sparen, einen steilen Temperaturanstieg aufgrund des Gleitkontakts zwischen der großen Flanschfläche des Innenrings und den großen Endflächen der Kegelrollen zu verhindern, durch die Ausgangsschmierung, wenn das Lager beginnt, zu arbeiten. Ebenfalls ist es möglich, selbst wenn die Temperatur des Lagers während seines Betriebs ansteigt und die Viskosität des Schmieröls abnimmt, einen Ölfilm geeignet zu bilden, indem ein stabiler Gleitkontakt dazwischen gehalten wird, und damit eine Schädigung an diesen Flächen zu verhindern.
Das Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Getrieben beschränkt, und kann ebenfalls unter anderen extrem harten Schmierbedingungen eingesetzt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind in jeglicher Hinsicht lediglich Beispiele, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Daher ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche angegeben, und sollte verstanden werden, alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der dem Umfang der Ansprüche äquivalenten Bedeutung zu umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Innenring
11: Lauffläche
12: großer Flansch
12a: große Flanschfläche
13: Schleiffreistich
20: Außenring
30: Kegelrollenlager
31: Wälzfläche
33: große Endfläche
102, 103, 202 bis 205: Kegelrollenlager
104: Antriebsritzel (Drehteil)

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 5037094 [0035]

Claims

Kegelrollenlager, umfassend: einen Innenring; einen Außenring; eine Vielzahl von Kegelrollen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind; und einen Käfig, in welchem die Kegelrollen aufgenommen sind, wobei jede der Kegelrollen aufweist: eine konische Wälzfläche; eine Abschrägung, die kontinuierlich mit einer Seite mit großem Durchmesser der Wälzfläche ist; und eine große Endfläche, die kontinuierlich mit der Abschrägung ist, und wobei der Innenring aufweist: eine konische Lauffläche; eine große Flanschfläche, die konfiguriert ist, die großen Endflächen der Kegelrollen aufzunehmen; und einen nutförmigen Schleiffreistich, der die große Flanschfläche und die Lauffläche miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleiffreistich eine Freistichbreite A von 0,5 mm oder weniger von einem Referenzpunkt zu der großen Flanschfläche aufweist, wobei der Referenzpunkt ein Schnittpunkt einer gedachten Linie ist, die sich von einer Erzeugenden der Lauffläche in Richtung des Schleiffreistichs erstreckt, und einer gedachten Linie, die sich von einer Erzeugenden der großen Flanschfläche in Richtung des Schleiffreistichs erstreckt.
Das Kegelrollenlager nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Konuswinkel β von jeder der Wälzflächen und ein spitzer Winkel ρ einer gedachten Linie, die eine Spitze des Konuswinkels β und einen Kontaktpunkt der großen Flanschfläche und der großen Endfläche von jeder der Kegelrollen verbindet, bezüglich der Erzeugenden der Lauffläche betrachtet werden, eine Beziehung zwischen β und ρ β/6 ≥ ρ ist.
Das Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn ein Konuswinkel a des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings und ein Konuswinkel b des Schleiffreistichs bezüglich der Lauffläche betrachtet werden, eine Beziehung zwischen a und b a > b ist, und wobei, wenn die Freistichbreite A von dem Referenzpunkt zu der großen Flanschfläche und eine Freistichbreite B von dem Referenzpunkt zu der Lauffläche betrachtet werden, eine Beziehung zwischen A und B A < B ist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn eine Tiefe c des Schleiffreistichs bezüglich der Lauffläche des Innenrings und eine Tiefe d des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche betrachtet werden, eine Beziehung zwischen c und d c > d ist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Tiefe d des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings 0,3 mm oder weniger beträgt.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der Konuswinkel a des Schleiffreistichs bezüglich der großen Flanschfläche des Innenrings innerhalb eines Bereichs von 20° ≤ a ≤ 50° befindet.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Breite W der großen Flanschfläche die folgende Formel 1 erfüllt: $W \geq {D_{W} \times (1 / 2) \times T a n θ / (L {/D}_{W})},$
wobei θ ein spitzer Winkel der Erzeugenden der Lauffläche bezüglich einer Mittelachse des Innenrings ist; Dw ein Durchmesser des großen Endes der Wälzfläche von jeder der Kegelrollen ist; und L eine Rollenlänge von jeder der Kegelrollen ist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Korngrößenzahl von alten Austenit-Kristallkörnern in der großen Flanschfläche des Innenrings Nr. 6 oder mehr ist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die große Flanschfläche des Innenrings von einer nitrierten Schicht gebildet wird, die einen Stickstoffgehalt von 0,05 Gewichtsprozent oder mehr aufweist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die große Flanschfläche des Innenrings eine Oberflächenrauheit von 0,1 µm Ra oder weniger aufweist und die große Endfläche von jeder der Kegelrollen eine Oberflächenrauheit von 0,12 µm Ra oder weniger aufweist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei, wenn festgelegte Krümmungsradien R der großen Endflächen der jeweiligen Kegelrollen und ein Basiskrümmungsradius R_BASE von den Spitzen der Konuswinkel der jeweiligen Wälzflächen zu der großen Flanschfläche des Innenrings betrachtet werden, die R/R_BaSE-Werte 0,70 oder mehr und 0,95 oder weniger sind, und wobei, wenn tatsächliche Krümmungsradien R_ACTUAL der großen Endflächen der jeweiligen Kegelrollen betrachtet werden, mindestens einer der R_ACTUAL/R-Werte 0,3 oder mehr ist.
Das Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welches ein Drehteil lagert, das in einem Getriebe oder einem Differenzial eines Automobils angeordnet ist.