DE60302085T2

DE60302085T2 - Wälzlager

Info

Publication number: DE60302085T2
Application number: DE60302085T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Matsuyama; Akiyuki Suzuki; Yasunari Abo
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2003269468A; US20030198420A1; EP1344953A3; DE60302085D1; US6817768B2; EP1344953A2; EP1344953B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Wälzlager ist aus US 5 586 826 A bekannt.
Ein Kegelrollenlager umfasst eine Anzahl von Kegelwalzen zwischen einem Innenring-Element und einem Außenring-Element. Das Innenring-Element ist an seinen axial gegenüberliegenden Enden mit Flanschen (oder Rippen) versehen. Die Flansche haben Führungsflächen zur Führung gegenüberliegender Stirnflächen einer Seite großen Durchmessers und einer Seite kleinen Durchmessers der Kegelwalzen im Gleitkontakt. Ein Kontaktbereich zwischen den Flanschen an den axial gegenüberliegenden Enden des Innenring-Elements und den Stirnflächen auf der Seite großen Durchmessers und der Seite kleinen Durchmessers der Kegelwalzen wird durch ein Schmiermittel wie etwa Öl, Fett oder dergleichen geschmiert. Solche Stirnflächen der Kegelwalzen und der Führungsflächen der Flansche des Innenring-Elements weisen unterschiedliche mikroskopische Oberflächenformen auf, in Abhängigkeit von Polierverfahren beim Oberflächenpolieren. Solche mikroskopischen Oberflächenformen werden anhand von 10 erläutert. Eine Bezugsziffer 4A bezeichnet eine Stirnfläche an der Seite großen Durchmessers der Kegelwalzen, und eine Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Führungsfläche im Flansch des Innenring-Elements. Die Stirnfläche 4A großen Durchmessers weist eine mikroskopische Oberflächenform auf, bei welcher eine große Anzahl geschliffener Kratzer T1, die durch die Oberflächen-Endbearbeitung erzeugt werden, nur in der Umfangsrichtung der Stirnfläche 4A auf der Seite großen Durchmessers vorhanden ist. Geschliffene Kratzer T2 sind ebenfalls in der Führungsfläche 8 des Innenring-Elements 3 dementsprechend lediglich in der Umfangsrichtung der Führungsfläche 8 vorhanden. Solche Schleifspuren sind mikroskopische Oberflächenformen, die durch Rotieren der Kegelwalze oder des Innenring-Elements um seine Achse in einer konstanten Richtung und durch Polieren mit einem beständigen Schleifstein erzeugt werden. In 10 bezeichnet ein Symbol A einen Gleitkontaktbereich zwischen der Stirnfläche 4a an der Seite großen Durchmessers der Kegelwalze und der Führungsfläche 8 des Innen ring-Elements. In einem solchen Kegelrollenlager ist es erwünscht, die Freßsicherheit bei hoher wirkender Belastung zu verbessern, indem das Rückhaltevermögen für Schmieröl in einer Umfangsrichtung der Walzen-Stirnfläche verbessert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Walzen zwischen einem Innenring-Element und einem Außenring-Element angeordnet, und ein Flansch (oder eine Rippe) mit einer Führungsfläche zur Führung einer Stirnfläche der Walze in einem Gleitkontakt ist an einem Endbereich von zumindest dem Innenring-Element oder dem Außenring-Element in einer axialen Richtung angeordnet. Bei diesem Wälzlager ist die dreidimensionale Oberflächenrauheit der Stirnfläche der Walze oder der Führungsfläche des Flansches auf einen Wert festgelegt, der die Bedingungen Sa ≤ 0,1 μm und 0,15 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm erfüllt, wobei Sa die arithmetische Mittelrauheit auf Grundlage der Rauheitskurve darstellt und Svk die reduzierte Rillentiefe auf Grundlage der Abbott-Firestone-Kurve (Lagerkurve) ist.
Ein Versuch der Erfinder zeigte, dass bei Definition der Oberflächenrauheit der Walzen-Stirnfläche oder der Führungsfläche des Flansches durch die oben genannten Bedingungen die Freßsicherheit stark verbessert werden kann. Hierbei ist eine Oberfläche, die durch die Bedingungen Sa ≤ 0,1 μm und 0,15 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm definiert ist, eine Oberfläche, in der Rillen mit vorbestimmter Tiefe auf einer vorbestimmten gleichförmigen Oberfläche verteilt sind, und es ist möglich, das Rückhaltevermögen von Schmieröl zwischen den Oberflächen der aufeinander gleitenden Teile wirkungsvoll zu verbessern.
Die genannte arithmetische Mittelrauheit Sa bezeichnet eine Glattheit einer Oberfläche. Falls dieser Wert für Sa größer ist als 0,1 μm, kann die für die aufeinander gleitenden Bereiche des Wälzlagers erforderliche Gleitbewegung nicht erzielt werden, die Reibung der aufeinander gleitenden Bereiche wird groß (oder wächst an) und das Drehmoment wird übermäßig groß (oder wächst an). Dies führt dazu, dass ein Festfressen stattfindet, wenn eine hohe Belastung wirkt.
Die genannte reduzierte Rillentiefe Svk bezeichnet die Tiefe einer Rille, die in der Oberfläche vorhanden ist und beeinflusst das Rückhaltevermögen für Öl. Falls dieser Wert für Svk kleiner ist als 0,15 μm und somit die Tiefe der Rillen klein ist, gemessen von der glatten Oberfläche aus, können die Rillen nicht auf der glatten Oberfläche verteilt sein, und es wird kein ausreichendes Öl-Rückhaltevermögen ausgeübt. Falls andererseits die Tiefe der Rillen von der glatten Oberfläche aus größer ist als 0,3 μm, wird die Tiefe der Rillen übermäßig groß, und die glatte Gleitbewegung, die für die aufeinander gleitenden Bereiche des Wälzlagers erforderlich ist, wird hingegen behindert. Wenn die Tiefe der Rillen sehr groß ist, wird der Wert für Sa ferner größer als 0,1 μm.
Der Zustand, in welchem die Rillen in der glatten Oberfläche verteilt sind, bezeichnet einen Zustand, in welchem die Anzahl der Rillen nicht zu groß ist, und eine Vielzahl von Rillen ist nicht in einer konstanten Richtung ausgerichtet, d. h., in der Umfangsrichtung, der radialen Richtung oder dergleichen. Wenn die Anzahl von Rillen übermäßig groß ist, wird der Wert für Sa größer als 0,1 μm.
Wenn in der glatten Oberfläche keine Rille vorhanden ist, werden die glatte Oberfläche und die Rillen auf das gleiche Niveau angeglichen, und hierdurch wird der Wert für Svk kleiner als 0,15 μm. Wenn in der glatten Oberfläche Rillen vorhanden sind, die Zahl der Rillen jedoch zu klein ist, treten viele Fälle auf, in denen keine Rillen am Messort in der glatten Oberfläche vorhanden sind, und daher tendiert Svk zu einem Messwert kleiner als 0,15 μm. Daher ist es möglich, den Verteilungsgrad der Rillen durch eine Festlegung von Sa und Svk auf die oben beschriebenen Bereiche zu definieren.
Im folgenden wird ein Grund erläutert, warum ein zweidimensionaler Oberflächenrauheitsparameter, der durch die üblichen Standards JIS B 0601 oder ISO 4287 usw. definiert ist, nicht zur Definition der bestimmten Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie zuvor beschrieben, ist die erfindungsgemäße Oberfläche dadurch gekennzeichnet, dass Rillen mit einer vorbestimmten Tiefe in der vorbestimmt glatten Oberfläche vorhanden sind. Es ist notwendig, die Oberflächenform durch zuverlässige Messung und korrekte Quantifizierung der verteilten Rillen zu definieren, unabhängig vom Messort auf der Oberfläche und unabhängig von den Ausrichtungen der Rillen. Falls hier ein Profil auf einer geraden Linie ausgemessen wird, um eine solche Oberfläche unter Verwendung der herkömmlichen zweidimensionalen Oberflächenrauheitsparameter zu definieren, sind Rillen vorhanden oder nicht vorhanden, in Abhängigkeit von den Messort. Das Profil der Oberfläche unterscheidet sich stark zwischen einem Fall, in welchem eine Ausrichtung einer Länge der Rille und eine Richtung der geraden Messlinie zusammenfallen, und einem Fall, in welchem sie nicht zusammenfallen, und somit unterscheiden sich auch die Werte der Rauheitsparameter. Daher ist selbst dann, wenn die Oberfläche des Teils die Gleiche ist, der zweidimensionale Oberflächenrauheitsparameter sehr unterschiedlich in Abhängigkeit von den Messorten und der Messrichtung. Das heißt, die Streuung der Messwerte ist groß in Abhängigkeit von der mikroskopischen Form der Oberfläche, und es ist sehr schwierig, die mikroskopische Form der Oberfläche korrekt zu definieren.
Wie oben beschrieben, ist eine Anzahl verteilter Rillen gemäß der Erfindung nicht in einer konstanten Richtung ausgerichtet. Wenn daher die Oberflächenrauheit gemessen werden soll, ist das Oberflächenprofil sehr unterschiedlich in Abhängigkeit von den Messorten und der Messrichtung, und es ist schwierig, die mikroskopische Form der Oberfläche zu definieren. Der Parameter der dreidimensionalen Oberflächenrauheit, der Sa und Svk umfasst, ist ein Parameter, der sich auf eine dreidimensionale Oberflächenform innerhalb eines vorbestimmten flachen Oberflächenbereichs bezieht, und nicht auf ein Oberflächenprofil auf einer geraden Linie. Wenn daher bestimmte Formen wie etwa Rillen auf einer Oberfläche bis zu einem bestimmten Ausmaß (verteilt) vorhanden sind, ist es möglich, im wesentlichen zuverlässig die bestimmten Formen zu bestimmen und die Anzahl, die Größe und dergleichen der spezifischen Formen zu quantifizieren. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Erfindung der dreidimensionale Oberflächenrauheitsparameter angewendet.
Ein Grund, warum Sa und Svk aus einer großen Anzahl dreidimensionaler Oberflächenrauheitsparameter ausgewählt wurden, liegt darin, dass Sa und Svk optimal zur Festlegung der mikroskopischen Oberflächenform spezifisch ist und in welcher Rillen auf einer vorbestimmten flachen Oberfläche verteilt sind. In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-205275 wird beschrieben, dass ein dreidimensionaler Oberflächenrauheitsparameter zur Definition einer solchen speziellen Oberfläche bezüglich der Quantifizierung wirksam und notwendig ist. Eine Rille gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine streifenförmige Rille, nicht eine punktförmige Einbuchtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Kegelrollenlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Vorderansicht der Stirnfläche großen Durchmessers der in 1 gezeigten Kegelwalze;
3 ist eine erläuternde Darstellung zur Erklärung eines Polierverfahrens an einer Stirnfläche der Kegelwalze;
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines weiteren Polierverfahrens an der Stirnfläche der Kegelwalze;
5 ist eine Draufsicht auf die Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze zur Erläuterung des Messverfahrens der dreidimensionalen Oberflächenrauheit;
6 ist ein Diagramm, das eine Lagerkurve der Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze des Produkts der Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine Lagerkurve der Stirnfläche großen Durchmessers einer Kegelwalze eines herkömmlichen Produkts zeigt;
8 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Reibungsversuchs ohne Ölzufuhr an den Stirnflächen großen Durchmessers der Kegelwalzen gemäß der Ausführungsform und der herkömmlichen Produkte zeigt;
9 ist ein Diagramm, dass das Ergebnis eines Reibungsversuchs bei Zufuhr einer kleinen Ölmenge an den Stirnflächen großen Durchmessers der Kegelwalzen der Ausführungsform und der herkömmlichen Produkte zeigt;
10 ist eine Vorderansicht, die die Rillen einer Walze und eines Flansches zeigt; und
11 ist ein Schnitt durch ein weiteres Wälzlager, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt ist.
In allen Figuren werden gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen zeigen die 1 und 2 ein Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht des Lagers, und 2 ist eine Vorderansicht der Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze. Zunächst umfasst gemäß 1 ein Kegelrollenlager 1 ein Außenring-Element 2, ein Innenring-Element 3, eine Anzahl von Kegelwalzen 4, die zwischen den beiden Elementen 2 und 3 angeordnet sind, und eine Halterung 5 zum Halten der Kegelwalzen 4. Jede Kegelwalze 4 ist an einer ihrer axialen Seiten mit einer Stirnfläche 4A großen Durchmessers versehen. Das Außenring-Element 2 hat einen konstanten Außendurchmesser, und der Laufflächendurchmesser einer Walzen-Lauffläche eines Innendurchmessers des Außenring-Elements 2 ist in einer axialen Richtung entsprechend dem Außendurchmesser der Kegelwalze 4 vergrößert. Das Innenring-Element 3 hat einen konstanten Innendurchmesser, und eine Lauffläche seines Außendurchmessers wächst in einer axialen Richtung entsprechend dem Außendurchmesser der Kegelwalze 4. Das Innenring-Element 3 ist an einer seiner axialen Seiten mit einem Seitenflansch 7 großen Durchmessers und an der axial anderen Seite mit einem Seitenflansch 6 kleinen Durchmessers versehen. Die Kegelwalzen 4 und beide Elemente 2 und 3 sind durch Öl oder Fett geschmiert. Der Seitenflansch 7 großen Durchmessers des Innenring-Elements 3 führt eine Stirnfläche 4a großen Durchmessers jeder Kegelwalze 4 in einem Zustand, in welchem die Stirnfläche 4A großen Durchmessers in Gleitkontakt mit der Führungsfläche 8 steht. Der Buchstabe P bezeichnet eine kreisförmige flache Ausnehmung an einem zentralen Bereich der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4. Die dreidimensionale Oberflächenrauheit der Stirnfläche A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 ist auf einen Wert festgelegt, der beiden der folgenden Bedingungen (1) und (2) genügt: Sa ≤ 0,1 μm ...(1) 0,15 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm ...(2)
Hierbei reicht Svk vorzugsweise von 0,20 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm, weiter vorzugsweise von 0,25 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm.
Hier bezeichnet Sa eine arithmetische Mittelrauheit einer Stirnfläche der Kegelwalze 4, die man durch eine dreidimensionale Oberflächenrauheitsmessung erhält. Svk bezeichnet eine reduzierte Rillentiefe in der Stirnfläche der Kegelwalze 4, die man ebenfalls durch dreidimensionale Oberflächenrauheitsmessung erhält. Im einzelnen erhält man die arithmetische Mittelrauheit Sa durch Erweitern der zweidimensionalen arithmetischen Mittelrauheit Ra zu einem dreidimensionalen Wert, was erreicht wird durch Aufteilen (Aufspalten) eines Volumens eines Bereichs, der von einer Oberflächenformkurven-Oberfläche und eine Durchschnittsoberfläche umhüllt wird, nach Messfläche. Wenn die Durchschnittsoberfläche definiert ist als eine X-Y-Oberfläche und die vertikale Richtung als eine Z-Achse definiert ist und eine gemessene Oberflächenformkurven-Linie definiert ist als Z = f (x, y), ist die arithmetische Mittelrauheit Sa durch den folgenden Ausdruck definiert.
Arithmetischer Ausdruck 1
Hierbei ist Lx eine Messlänge in x-Richtung, Ly eine Messlänge in y-Richtung, x ist eine Koordinate in x-Richtung auf der Messfläche, und y ist eine Koordinate in y-Richtung auf der Messfläche.
In digitaler Form lautet dieser Ausdruck wie folgt:
Arithmetischer Ausdruck 2
Hierbei ist η (x_i, y_j) eine Höhe in vertikaler Richtung in Koordinaten (x_i, y_j), M ist die Anzahl der diskreten Daten in der x-Richtung, N ist die Anzahl der diskreten Daten in der y-Richtung, x_i ist die i-te Koordinate in der x-Richtung, y_j ist die j-te Koordinate in der y-Richtung (siehe "Development of Method for the Characterisation of Roughness in Three Dimension", herausgegeben von K J Stout University of Huddersfield; Penton Press).
Die reduzierte Rillentiefe Svk erhält man durch Erweitern der zweidimensionalen Rvk zu einem dreidimensionalen Wert, und sie bezeichnet die Tiefe der Rillen auf der glatten Oberfläche. Um Svk zu erhalten, muss man zunächst eine Höhe η (x_i, y_j) an jedem Punkt der Messoberfläche erhalten und eine Lagerkurve der gesamten Oberfläche ermitteln. Danach wird unter Verwendung dieses Wertes Svk durch dasselbe Verfahren ermittelt wie bei der Ermittlung von Rvk (reduzierte Rillentiefe); welches gemäß der ISO-Spezifikation 13565-5 gewählt ist (siehe "Development of Method for the Characterisation of Roughness in Three Dimension", herausgegeben von K J Stout University of Huddersfield; Penton Press, unter Berücksichtigung der Einzelheiten der Definitionen und arithmetischen Verfahren für Sa und Svk). In der Realität kann es gleichzeitig mit der Lagerkurve ermittelt werden, wenn eine noch zu beschreibende Analysesoftware verwendet wird.
Merkmale der vorliegenden Ausführungsform werden im folgenden erläutert.
Zunächst wird eine Konstruktion erläutert, durch welche die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 mit einer Oberflächenrauheit versehen wird, die den oben genannten Bedingungen genügt. Bei dieser Ausführungsform werden gemäß 2 mikroskopische Rillen mit einer vorbestimmten Tiefe, die aussehen wie kerbenartige Kratzer, auf der Stirnfläche 4A großen Durchmessers in einer vorbestimmten Verteilung verteilt, so dass die Oberflächenrauheit auf der Stirnfläche 4A großen Durchmessers den Bedingungen genügt. Diese Stirnfläche 4A großen Durchmessers ist an ihrem mittleren Bereich mit einer kreisförmigen flachen Vertiefung P versehen. Diese Vertiefung P ist nicht poliert. Falls die Rillen 9 mit vorbestimmter Tiefe auf diese Weise auf der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 mit vorbestimmter Verteilung verteilt sind, ist die Oberflächenrauheit in einem Zustand, in welchem dünne und lange Rillen an Stellen auf der glatten Oberfläche vorhanden sind.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 zu einer glatten Oberfläche geformt, und anschließend werden die vorbestimmten Rillen verteilt. Daher kann das Schmiermittel-Haltevermögen bezüglich des Gleitkontakts unabhängig von einem Oberflächenzustand eines passenden Teils im Gleitkontakt gehalten werden. Somit kann verhindert werden, dass der Schmiermittel-Ölfilm durch den Gleitkontaktbereich zwischen der Stirnfläche der Walze und der Führungsfläche des Flansches unterbrochen wird. Daher ist es möglich, die durch die Reibung erzeugte Wärme zu vermindern, und die Freßlebensdauer kann verlängert werden.
Mit Bezug auf 3 wird eine Polierbearbeitung zur Verteilung der Rillen 9 erläutert. Die Kegelwalze 4 wiederholt in sehr kurzer Zeit den Kontakt zum Polieren und die Beabstandung aus der Kontaktposition bezüglich der Polierfläche 11 beispielsweise zur Polierscheibe 10. Die Kegelwalze 4 wird poliert, während sie gleichzeitig mit konstanter Geschwindigkeit um ihre Achse gedreht wird. Gleichzeitig werden kleine freie Schleifkörner (oder freier Abrieb), die von dem Schleifstein 10 unabhängig sind, zwischen die Stirnfläche 4A großen Durchmessers und die Polierfläche 11 eingeführt.
Genauer gesagt, in einem Zustand, in welchem die Kegelwalze 4 durch ein Haltewerkzeug wie etwa eine Einspannung (nicht dargestellt) gelagert wird, wird die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 der Polierfläche 11 des Schleifsteins 10 gegenüberliegend angeordnet, so dass sich die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Polierfläche nähern und sich wieder entfernen kann (Hin- und Herbewegung entlang der y-Richtung in 3). Das Haltewerkzeug wird um seine Achse mit vorbestimmter Geschwindigkeit gedreht (in der konstanten Richtung gedreht, die die Richtung R in 3 ist), während der gegenüberliegende Zustand eingehalten wird, in welchem die Polierfläche 11 und die Stirnfläche 4A großen Durchmessers parallel zueinander liegen, so dass die Kegelwalze 4 mit vorbestimmter Geschwindigkeit gedreht wird. Dann wird das Haltewerkzeug in der y-Richtung durch Steuerung durch eine Steuereinrichtung in der Poliervorrichtung bewegt, die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 wird in Kontakt mit dem Schleifstein 10 gebracht, so dass die Stirnfläche 4A großen Durchmessers durch den Schleifstein 10 für einen extrem kurzen Zeitraum poliert wird, und die Stirnfläche 4A großen Durchmessers wird unmittelbar aus der Polierposition entfernt, und diese Vorgänge werden wiederholt. Hierdurch wird die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 selbst dann, wenn die Kegelwalze 4 wie oben beschrieben gedreht wird, in einem Zustand poliert, in welchem die Polierrichtung der Stirnfläche 4A großen Durchmessers durch den Schleifstein 10 nicht konstant ist. Hierdurch wird eine vorbestimmte glatte Oberfläche auf der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 durch die Schleifkörner des Schleifsteins 10 erzeugt, und die große Anzahl von Rillen wird in der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 hauptsächlich durch die Schneidwirkung der Schleifkörner verteilt, wie in 2 dargestellt ist.
Anhand von 4 wird ein weiteres Polier-Bearbeitungsverfahren zur Anbringung der Rillen 9 erläutert. In 4 bezeichnet eine Bezugsziffer 12 eine Polier-Bearbeitungswelle, die sich um ihre Achse in einer Richtung eines Pfeils 13 mit vorbestimmter Rotationsgeschwindigkeit dreht. An einer Stirnfläche 12A der Polier-Bearbeitungswelle 12 befindet sich eine Polier-Bearbeitungsfläche (Schleifstein-Fläche), die zu einer vorbestimmten Ausnehmungs-Krümmungsfläche geformt ist. Die Kegelwalze 4 rotiert in der Richtung des Pfeils 13, und in diesem Zustand wird die Kegelwalze 4 in der Richtung eines Pfeils in 4 auf solche Weise bewegt, dass sich die Kegelwalze 4 in einem Zustand dreht, in welchem die Außenfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 in Berührung mit der Stirnfläche 12A entlang der Stirnfläche 12A der Polier-Bearbeitungswelle 12 steht. Gleichzeitig wird freier Abrieb (oder kleine Schleifkörner), der sich von dem Schleifstein unterscheidet, zwischen die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 und der Polier-Arbeitsfläche 12A eingeführt.
Wenn sich zunächst die Kegelwalze 4 in einer Übertragungsposition a befindet, wird die Stirnfläche 4A großen Durchmessers durch die Polier-Bearbeitungsfläche 12A der Polier-Bearbeitungswelle 12 poliert, und Rillen werden in einer ersten Richtung durch den Schneideffekt der Schleifkörner gebildet. Wenn sich anschließend die Kegelwalze 4 in einer Übertragungsposition b befindet, werden Rillen in der Stirnfläche 4A großen Durchmessers auf die gleiche Weise auch in einer zweiten Richtung gebildet, die sich von der ersten Richtung unterscheidet. Wenn sich die Kegelwalze 4 in einer Übertragungsposition c befindet, werden Rillen auf die gleiche Weise in der Stirnfläche 4A großen Durchmessers auch in einer dritten Richtung gebildet, die sich von den ersten und zweiten Richtungen unterscheidet. Auf diese Weise wird während der Bewegung der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 in der Richtung eines Pfeils 14 die Stirnfläche 4A großen Durchmessers durch die Schleifsteinfläche poliert, und eine große Anzahl von Rillen 9 wird durch den Schneideffekt der Schleifkörner in Richtungen angebracht, die nicht konstant sind.
In dieser Beschreibung haben die Rillen 9 eine Form, in der die Kegelwalze 4 drei Richtungen in drei Übertragungspositionen a, b und c aufweist. Da sowohl die Kegelwalze 4 als auch die Polierbearbeitungswelle 12 rotieren, ist eine Anzahl nicht in konstanten Richtungen gleichförmig über die gesamte Stirnfläche 4A großen Durchmessers verteilt. Ferner ist es möglich, die Oberfläche zu einer vorbestimmten Walzen-Stirnflächenrauheit zu bearbeiten, indem die Polierbedingungen geeignet gewählt werden, wie etwa die Form der Polier-Arbeitsoberfläche, die Art des Schleifsteins, die Art der freien Schleifkörner, der Durchmesser der Körner, deren Form und angewandte Menge, die Drehzahl der Polier-Bearbeitungswelle, die Drehzahl der Walze, die Umdrehungsgeschwindigkeit und die Kontaktkraft zwischen der Walzen-Stirnfläche und der Arbeitsfläche.
Ein Reibungstest ohne Ölzufuhr und ein Reibungstest bei kleiner Ölzufuhr wurden unter schlechten Schmierbedingungen an herkömmlichen Produkten und Produkten gemäß einer Ausführungsform durchgeführt, die Kegelwalzen 4 umfasst, in denen vorbestimmte Rillen auf Grundlage dieses Polierverfahrens verteilt worden sind. Im folgenden werden die Versuchsbedingungen erläutert. Sowohl bei herkömmlichen Produkten als auch bei Produkten gemäß einer Ausführungsform wurden Kegelrollenlager verwendet, die jeweils einen Innendurchmesser von 35,9 mmϕ, einen Außendurchmesser von 72,2 mmϕ Durchmesser und eine Breite von 25,4 mm aufwiesen. Es folgen die Spezifikationen des herkömmlichen Produkts. Die Führungsfläche 8 des Seitenflansches 6 großen Durchmessers des Innenring-Elements 3 werden durch eine Polierbearbeitung in einer konstanten Richtung poliert (konstante Rotation in Umfangsrichtung), und die Mittelrauheit Rz von 10 Punkten ist 0,44 μm. Die Oberflächenrauheit der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 wird durch eine Vorschub-Bearbeitungsvorrichtung in einer konstanten Richtung poliert (konstante Rotation in Umfangsrichtung), und der Wert für Sa beträgt 0,068 μm, und der Wert für Svk beträgt 0,128 μm.
Es folgen die Spezifikationen des Produktes der vorliegenden Ausführungsform. Die Rauheit der Führungsfläche 8 auf dem Flansch 6 großen Durchmessers des Innenring-Elements 3 ist die gleiche wie bei dem herkömmlichen Produkt.
Die Rauheit der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 wurde durch das zuvor beschriebene Verfahren zu einem solchen Zustand poliert, in welchem eine Anzahl von Rillen in nicht konstanten Richtungen verteilt wurde, der Wert Sa wurde auf 0,099 μm gebracht, und der Wert Svk wurde auf 0,286 μm gebracht. Der hierbei verwendete Schleifstein war ein solcher, wie er allgemein verwendet wird, wie etwa ein Schleifmittel auf Tonerde-Basis oder dergleichen. Es wurde ein Bindemittel verwendet, wie es allgemein Verwendung findet, wie etwa ein Bindemittel auf Harz-Basis. Als freie Schleifkörner wurden Schleifkörner verwendet, die den genannten Schleifstein bilden. Im einzelnen wurden Schleifkörner auf Tonerde-Basis verwendet, mit einem Korndurchmesser von 40 bis 70 μm, und ein Harz-Bindemittel wurde verwendet.
Die Rauheit wurde mit dem folgenden Verfahren unter Verwendung eines Talyscan 150 gemessen, das von Taylor-Hobson hergestellt wird, wobei es sich um eine Messvorrichtung für die dreidimensionale Oberflächenrauheit handelt. Dies ist in 5 gezeigt. 5 zeigt die Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4. Die Kegelwalze 4 wurde an einem Probentisch durch eine Halterung wie etwa einen Sockel befestigt. Die Messgröße beträgt 0,8 mm in der radialen Richtung und 0,8 in der Umfangsrichtung. Wenn die Kegelwalze 4 zu klein ist und nicht auf der genannten Größe vermessen werden kann, beträgt die Größe 0,5 mm × 0,5 mm oder mehr. Das Messintervall beträgt 5 μm sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung. Die Abtastgeschwindigkeit beträgt 1.000 mm/s. Ein Gauß-Filter wird als Rauheitsfilter verwendet. Eine Abschnittlänge beträgt 0,25 mm. In dieser Messung werden die folgenden Punkte (1) bis (5) ausgeführt. (1) Ein Probentisch wird in der x-Richtung bewegt (entsprechend der radialen Richtung), wobei ein Taststift parallel in der x-Richtung abtastet. (2) Der Probentisch wird in der y-Richtung bewegt (entsprechend der Umfangsrichtung) auf einer Abtastbasis in der X-Richtung. (3) Die oben genannten Punkte (1) und (2) werden wiederholt, um die Datenerfassung zu vervollständigen. (4) Die Rohdaten werden geglättet, und die sphärische Form wird beseitigt. (5) Eine Rotationskomponente wird beseitigt, um die Rohkomponente zu extrahieren. Aus der Oberflächenrauheit, die man durch dieses Verfahren ermittelt, werden Sa und die Lagerkurve ermittelt. Es ist möglich, diese Werte durch das zuvor genannte Verfahren durch eine Analysesoftware "Talymap" zu ermitteln, die von Taylor-Hobson hergestellt wird.
6 zeigt eine Lagerkurve der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze der vorliegenden Ausführungsform, welche durch die vorstehend genannte Rauheitsmessung ermittelt wird. In 6 zeigt Svk die reduzierte Rillentiefe, Sk zeigt die Kern-Rauhtiefe, Spk zeigt die reduzierte Scheitelhöhe, Sr1 zeigt die obere Lagerfläche, Sr2 zeigt die untere Lagerfläche, Sa1 zeigt die Dreiecksfläche, die den Scheiteln entspricht, Sa2 zeigt die Dreiecksfläche, die den Rillen entspricht. Diese Werte werden ermittelt durch Erweiterung von Rvk, Rk, Rpk, Rr1, Rr2, Ra1 und Ra2, die durch die ISO-Spezifikation 13565-2 definiert sind, zu dreidimensionalen Werten.
7 zeigt eine Lagerkurve der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze des herkömmlichen Produkts, die durch die vorstehend genannte Rauheitsmessung ermittelt wird. Die Symbole in 7 sind die gleichen wie in 6. Durch Vergleich der Lagerkurven in den 6 und 7 stellt man fest, dass die Werte von Svk und Sa2 erheblich größer sind als diejenigen des herkömmlichen Produktes, und dies bedeutet, dass die Tiefe der Rillen in der vorliegenden Ausführungsform tiefer ist. Bei der vorliegenden Erfindung haben Svk und Sa die zuvor beschriebenen Werte, doch es wurde herausgefunden, dass die Anzahl von Rillen, die auf einer Oberfläche verteilt sind, die den beiden Bedingungen genügt, nicht in einer Richtung angeordnet sind, sondern in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind, sondern in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind. Das heißt, beide der genannten Bedingungen wurden nicht auf einer Oberfläche erfüllt, auf der eine Anzahl von Rillen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung verbleibt.
Der Freßsicherheitsversuch ohne Ölzufuhr und der Reibungsversuch bei geringer Ölzufuhr wurden an drei herkömmlichen Produkten und an drei Produkten gemäß der Ausführungsform ausgeführt. Diese Versuche wurden in einem Zustand ausgeführt, in welchem ein Paar von Kegelrollenlagern mit den Rücken aneinander liegend in einer Versuchsvorrichtung (nicht gezeigt) eingebaut war. Die Innenring-Elemente 3 beider Kegelrollenlager wurden durch eine Versuchsvorrichtung gedreht.
Zunächst wird ein Freßsicherheitsversuch ohne Ölzufuhr erläutert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Innenring-Elements 3 beträgt 3.800 U/min. Die Rotationsgeschwindigkeit wird innerhalb von 15 Sekunden erreicht. Ein axiale Last Fa von 8 kN wird auf das Außenring-Element 3 ausgeübt. Getriebeöl (SAE85W-90) wird den Innenring-Teilen zugeführt, wie etwa der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 und der Führungsfläche 8 des Seitenflansches 6 großen Durchmessers des Innenring-Elements 3, und anschließend werden diese Teile in die Versuchsvorrichtung eingebaut, und die Versuchsvorrichtung wird für 10 Minuten ruhen gelassen und anschließend in Betrieb gesetzt. Zum Zeitpunkt des Versuchs wurden eine Temperatur des Getriebeöls und die Raumtemperatur von 18 bis 19° Celsius eingestellt.
Ein Ergebnis des Freßsicherheitsversuchs ohne Ölzufuhr ist in 8 dargestellt. Eine vertikale Achse in 8 bezeichnet die Zeit (Einheit: Stunde: Minute: Sekunde) bis zum Festfressen. Falls die Rotation des Innenring-Elements 3 blockiert wird oder Funken auftreten, wird festgestellt, dass ein Festfressen aufgetreten ist. Im einzelnen wurde ein Festfressen in dem herkömmlichen Produkt 1 nach 7 Min. und 30 Sek. erzeugt, in dem herkömmlichen Produkt 2 nach 12 Min. und 13 Sek. und in dem herkömmlichen Produkt 3 nach 3 Min. und 27 Sekunden. Das Festfressen trat in dem Produkt 1 der vorliegenden Ausführungsform nach 48 Min. und 23 Sek. auf, in dem Produkt 2 gemäß der Ausführungsform nach 58 Min. und 42 Sek., und in dem Produkt 3 gemäß der Ausführungsform nach 1 Std. 9 Min. und 59 Sekunden. Bei gleichen Schmierungsbedingungen mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit und der gleichen axialen Last Fa wurde das Festfressen innerhalb von 13 Min. bei den herkömmlichen Produkten 1 bis 3 erzeugt, doch das Festfressen wurde in den Produkten 1 bis 3 nach der Ausführungsform nach 48 Min. oder mehr erzeugt. Das heißt, die Freßsicherheit ist bei den Produkten der Ausführungsform einige Male oder erheblich größer als bei den herkömmlichen Produkten.
Im folgenden wird ein Versuch bei kleiner Ölzufuhr erläutert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Innenring-Elements 3 beträgt 3800 r/min. Eine axiale Last Fa von 10 kN wird auf das Außenring-Element 2 in Schritten von 1 kN ausgeübt. Das Zeitintervall zwischen den Schritten der axialen Last Fa be trägt 5 Min. Bezüglich der Schmierung werden drei ml Getriebeöl (SAE85W-90) auf den Flansch 7 großen Durchmessers des Innenring-Elements 3 pro 1 Min. gegeben. Die Temperatur des Getriebeöls beträgt zum Zeitpunkt des Versuchs 18 bis 19°C.
Ein Ergebnis des Versuchs bei kleiner Ölzufuhr ist in 9 dargestellt. Die vertikale Achse in 9 zeigt die axiale Last Fa (Einheit: kN), bei welcher ein Festfressen auftritt. Falls die Rotation des Innenring-Elements 3 blockiert wird oder Funken auftreten oder die Temperatur des Lagers stark ansteigt (200°C), wird festgestellt, dass ein Festfressen auftritt. Im einzelnen wurde ein Festfressen bei dem herkömmlichen Produkt 1 bei 18 kN erzeugt, bei dem herkömmlichen Produkt 2 bei 16 kN, bei dem herkömmlichen Produkt 3 bei 18 kN. Das Festfressen wurde bei dem Produkt 1 der vorliegenden Ausführungsform bei 27 kN erzeugt, bei dem Produkt 2 der Ausführungsform bei 28 kN, und bei dem Produkt 3 der Ausführungsform bei 30 kN.
Falls die axiale Last Fa auf diese Weise bei der gleichen Rotationsgeschwindigkeit bei den gleichen Schmierbedingungen vergrößert wird, tritt das Festfressen bei der axialen Last Fa von 16 bis 18 kN bei den herkömmlichen Produkten 1 bis 3 auf, und das Festfressen wurde bei den Produkten 1 bis 3 gemäß der Ausführungsform bei der axialen Last Fa von 27 bis 30 kN erzeugt. Das bedeutet, dass die Produkte gemäß der Ausführungsform den 1,5-fachen oder noch größeren Widerstand gegenüber Festfressen aufweisen, verglichen mit den herkömmlichen Produkten. Es ergibt sich aus diesen Versuchsergebnissen, dass es möglich ist, das Festfressen der Stirnfläche 4A großen Durchmessers der Kegelwalze 4 und der Führungsfläche des Innenring-Elements bei den Produkten gemäß der Ausführungsform bei beliebigen Zuständen ohne Ölzufuhr oder bei kleiner Ölzufuhr zu unterbinden, verglichen mit den herkömmlichen Produkten. Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, ist es bei der Ausführungsform der Erfindung möglich, das Festfressen in großem Umfang zu unterdrücken, da die Oberfläche 4A so bearbeitet ist, das vorbestimmte Rillen in einer vorbestimmten glatten Oberfläche angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannte Ausführungsform beschränkt, und die Erfindung kann auch auf die folgenden Ausführungsformen angewendet werden.

(1) Gemäß der vorliegenden Erfindung können vorbestimmte Rillen in der Führungsfläche des Flansches 7 verteilt sein. In diesem Fall können, wie bei der vorstehend genannten Ausführungsform, Nachteile wie etwa Festfressen oder Abnutzung unterbunden werden. Gemäß der Erfindung können vorbestimmte Rillen sowohl in der Stirnfläche der Kegelwalze 4 als auch in der Führungsfläche des Flansches 7 verteilt sein.
(2) Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Wälzlager angewendet werden, das an seinem Außenring-Element 2 mit einem Flansch 2a versehen ist, wie in 11 dargestellt ist. In 11 bezeichnet eine Bezugsziffer 2 ein Außenring-Element, eine Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Innenring-Element, eine Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Walze und eine Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Halterung.
(3) Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Wälzlager mit säulenförmigen oder tonnenförmigen Walzen angewendet werden, die zwischen dem Innenring-Element und dem Außenring-Element angeordnet sind. In diesem Fall ist es möglich, vorbestimmte Rillen in den Stirnflächen der gegenüberliegenden Enden der Walze oder nur auf einer Stirnfläche zu verteilen, auf welche eine starke Last in der axialen Richtung wirkt. Es ist ferner möglich, vorbestimmte Rillen auf einer Führungsfläche eines Flansches eines axialen Endes des Innenring-Elements oder des Außenring-Elements zu verteilen, an welchem eine Stirnfläche der Walze im Gleitkontakt anliegt.

Claims

Wälzlager (1), mit: einem Innenring-Element (3); einem Außenring-Element (2), das konzentrisch radial außerhalb des Innenring-Elements angeordnet ist; und einer Anzahl von Walzen (4), die zwischen dem Innenring-Element und dem Außenring-Element angeordnet sind, wobei ein Flansch (7) mit einer Führungsfläche (8) zur Führung einer Stirnfläche (4A) der Walze in einem Gleitkontakt zumindest entweder an dem Innenring-Element oder dem Außenring-Element vorgesehen ist, und die dreidimensionale Oberflächenrauheit zumindest einer Stirnfläche der Walzen und der Führungsfläche des Flansches auf einen Wert festgelegt ist, der die Bedingungen Sa ≤ 0,1 μm und 0,15 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm erfüllt, wobei Sa die arithmetische Mittelrauheit auf Grundlage der Rauheitskurve darstellt und Svk die reduzierte Rillentiefe auf Grundlage der Abbott-Firestone-Lagerkurve ist.
Wälzlager gemäß Anspruch 1, bei welchem die reduzierte Rillentiefe Svk auf einen Wert festgelegt ist, der die Bedingung 0,2 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm erfüllt.
Wälzlager gemäß Anspruch 1, bei welchem die reduzierte Rillentiefe Svk auf einen Wert festgelegt ist, der die Bedingung 0,25 μm ≤ Svk ≤ 0,30 μm erfüllt.
Wälzlager gemäß Anspruch 1, bei welchem die Walze eine Kegelwalze ist und die Stirnfläche der Walze die Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze ist.
Wälzlager gemäß Anspruch 4, bei welchem vorbestimmte Rillen auf solche Weise auf der Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze verteilt sind, dass sie die genannten Bedingungen erfüllen, und Rillen auf der Führungsfläche des Flansches in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind.
Wälzlager gemäß Anspruch 4, bei welchem vorbestimmte Rillen auf der Stirnfläche großen Durchmessers der Kegelwalze und auf der Führungsfläche des Flansches auf solche Weise verteilt sind, dass sie die genannten Bedingungen erfüllen.