JP2000065066A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

円筒ころ軸受

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JP2000065066A
JP2000065066A JP10232847A JP23284798A JP2000065066A JP 2000065066 A JP2000065066 A JP 2000065066A JP 10232847 A JP10232847 A JP 10232847A JP 23284798 A JP23284798 A JP 23284798A JP 2000065066 A JP2000065066 A JP 2000065066A
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inner ring
contact
radius
roller
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Seiji Ijuin
誠司 伊集院
Takashi Yamamoto
高志 山本
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】円筒ころ軸受にアキシアル荷重が負荷された際
の内輪つば面ところ端面との接触部におけるはみ出し・
エッジロ−ドを発生しにくくした円筒ころ軸受を提供す
る。 【解決手段】ころ端面Frと、これに接触楕円Aを介し
て接触する内輪つば面Ffとの少なくとも一方が凸状の
曲面を持ち、内輪Nの軸心Lnと接触楕円Aの中央とを
通る主曲率面2(紙面)及びこの主曲率面2と接触楕円
Aの面との双方に垂直に交わり接触楕円Aの中央を通る
主軸率面1上に、それぞれ形成されるころ端面Frの断
面の主曲率半径をそれぞれRr2 ,Rr1 、内輪つば面
の断面の主曲率半径をそれぞれRf2 ,Rf1 とし、こ
れらの曲率の関係が、(1/Rf1)−(1/Rf2
+(1/Rr1 )−(1/Rr2 )<0となるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アキシアル荷重を
受ける円筒ころ軸受に係り、特に、内輪のつば面と円筒
ころの端面との相対すべり接触部における接触楕円の長
径の方向を特定することにより、案内つばと円筒ころと
の接触部がころ端面もしくは内輪つばからはみ出すこと
によって発生するエッジロードを軽減して、円筒ころや
軌道輪の損傷を効果的に防止する円筒ころ軸受に関す
る。
【0002】
【従来の技術】円筒ころ軸受がアキシアル荷重を受けて
回転するとき、当該円筒ころの端面が軌道輪の案内つば
の案内面と接触する箇所にエッジロードのような局部的
な応力が作用すると、大きな摩擦が発生する。高速回転
ではこの摩擦が顕著になり摩耗が促進されて軸受の早期
破損を起こすおそれがある。そこで、接触応力ができる
だけ一様になるように、ころの両端面や軌道輪のつば面
にわずかなテーパ又はクラウニングといわれる曲率を持
たせて、大きなエッジロードが生じないようにしてい
る。例えば英国特許第1520060号には、円筒ころ
軸受のつば案内面にクラウニングを施して円筒ころの端
面がつばの案内面の半径方向端縁と接触しないようにし
て、接触箇所における油膜形成を良好に行うようにした
ものが開示されている。また、実公昭59−13369
号には、図7に示すように、円筒ころ軸受の案内輪(例
えば内輪N)のつば面Ffをある角度αを有する外開き
のテーパ形状とし、これに接するころの端面Frをクラ
ウニング形状にしたものが示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の円筒ころ軸受にあっては、軸受のつば面にクラウニ
ングを施したり、あるいは内輪つば面ところ端面との接
触部を点Aを頂点とした円すいの外径面(内輪つば面)
と球面(ころ端面)との接触となるようにしても、図7
に示すように、ころ/つば面の接触部に形成される接触
楕円Aの長径の方向は軸受内輪Nの半径方向(y)とな
り、アキシアル荷重の大きさによってはこの接触楕円A
が、内輪つば面Ffの逃げ溝Nmもしくはつば面Ffの
外径からはみ出してしまい、接触楕円Aと逃げ溝部Nm
との境界面、もしくは接触楕円Aとつば面Ffの外径部
との境界面でエッジロ−ドが発生するおそれがあるとい
う問題点がある。
【0004】また、上記接触楕円Aのつば面Ffの逃げ
溝Nmからのはみ出しを抑えるために、ころとつばとの
接触面である接触楕円Aの中心位置をつば面Ffの外径
側に上げると、ころ/つば間の滑りが大きくなり、発熱
量が増えて軸受の温度上昇,つば部のカジリ,焼付きな
どが発生するという他の問題点が発生する。
【0005】そこで、本発明は、このような従来の円筒
ころ軸受に係る未解決の問題点を解決するためになされ
たものであり、円筒ころの端面と内輪つば面との接触部
に形成される接触楕円の長径を軸受内輪円周方向にする
ことにより、円筒ころ軸受にアキシアル荷重が負荷され
た際の内輪つば面ところ端面との接触部におけるはみ出
し・エッジロ−ドを発生しにくくした円筒ころ軸受を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に係る円筒ころ軸受の発明は、ころ端面
と、これに接触楕円を介して接触する内輪つば面との少
なくとも一方が凸状の曲面を持ち、内輪の軸心と前記接
触楕円の中央とを通る主曲率面2及びこの主曲率面2と
前記接触楕円の面との双方に垂直に交わり前記接触楕円
の中央を通る主軸率面1上に、それぞれ形成されるころ
端面の断面の主曲率半径をそれぞれRr 2 ,Rr1 、内
輪つば面の断面の主曲率半径をそれぞれRf2 ,Rf1
とし、これらの曲率の関係が、(1/Rf1 )−(1/
Rf2 )+(1/Rr1 )−(1/Rr2 )<0となる
ようにした。
【0007】但し、曲率がない場合は∞とし、1/∞=
0とする。以下に、本発明の原理を説明する。一般的に
は、図1に示したように、滑らかな表面を持つ弾性体で
ある二つの物体I ,IIが接触するとき、その接点付近に
は対称面で互いに直交している主曲率面1と2が存在す
る。そして、図1(b)に示すように、物体I には主曲
率面1と2の断面内にそれぞれ主曲率半径r11とr
12が、また物体IIには主曲率面1と2の断面内にそれぞ
れ主曲率半径r21とr22が存在する。(各主曲率半径r
11,r12,r21,r22は、凸面のとき正とし、凹面のと
き負の符号をつけて区別する)。
【0008】ここで、これら主曲率半径の逆数である主
曲率を、それぞれρ11,ρ12,ρ21,ρ22(即ちρ11
1/r11,ρ12=1/r12,ρ21=1/r21,ρ22=1
/r 22)とすると、この接触部に形成される接触楕円A
は互いに直交する2つの長さの半径(長半径と短半径)
をもち、 ρ11−ρ12十ρ21−ρ22<0 ……(1) のとき、この接触楕円Aの長半径は、主曲率面1と接触
楕円Aとの交線により形成される。
【0009】反対に ρ11−ρ12十ρ21−ρ22>0 ……(2) のとき、接触楕円Aの長半径は、主曲率面2と接触楕円
Aとの交線により形成される。
【0010】次に、この考えを図2に示す円筒ころ軸受
の内輪つば面ところ端面に適用すると、以下のようにな
る。いま、ころK(物体I 相当)の端面Frと内輪N
(物体II相当)のつば面Ffとの接点Pcと内輪Nの軸
心Lnとを含む縦断面(即ち紙面)を主曲率面2とし、
この主曲率面2と前記接点Pcを中央に有する接触楕円
の面との双方に垂直に交わり前記接触楕円の中央すなわ
ち接点Pcを通る面を主曲率面1とする。そして、ころ
端面Frは、主曲率面1上における曲率半径(r11
当)がRr1 、主曲率面2上における曲率半径(r12
当)がRr2 であるとする。一方、内輪つばNT につい
ては、ころ端面Frに接触する内輪つば面Ffを凸面形
状にして、そのつば面Ffは主曲率面1上における曲率
半径(r21相当。即ち接点Pcを含むころ端面Frとつ
ば面Ffとの接触点に形成される接触楕円の面に引いた
垂直線が軸受内輪の中心軸Lnと交わる点をOfとする
と、接点Pcから交点Ofまでの距離)がRf1 、主曲
率面2上における曲率半径(r22相当)がRf2 である
とする。
【0011】すると、以上の各曲率半径Rf1 ,R
2 ,Rr1 ,Rr2 の大小関係が (1/Rf1 )−(1/Rf2 )+(1/Rr1 )−(1/Rr2 )<0 (Rf;つばの半径、Rr:ころ端面の半径) ……(3) の場合、図2(b)に示すように、接触楕円Aは内輪N
の円周方向に長くなる。
【0012】同様に、ころ端面Fr,つば面Ffのどち
らか一方が円すい面となる場合にあっては、つまり内輪
Nの軸心Lnところ端面Frとつば面Ffとの接点Pc
を通る断面(主曲率面2)において、ころ端面Fr又は
つば面Ffが直線となる場合には、その曲率半径Rr2
またはRf2 を無限大(∞)として上述の関係を満足す
れば、接触楕円Aは内輪Nの半径方向に長くなる。
【0013】ここで、図1(b),図2(b)からわか
るように、接触楕円Aが形成される内輪つば面Ffに、
ころ端面Frが投影された面sは、内輪Nの半径方向
(y)よりも内輪つばTの円周方向(x)のほうに広く
なっており、接触楕円Aのはみ出しは、内輪Nの半径方
向(y)よりも内輪Nの円周方向(x)の側で余裕が大
きい。したがって、ころ端面Fr,つば面Ffの双方の
曲率を、上式(3)を満足するように限定して接触楕円
Aを内輪の半径方向に長くすることにより、ころ逃げ溝
からのはみ出しによるエッジロードの軽減が可能であ
る。
【0014】なお、外輪側のつば面ところ端面との接触
部については、外輪側のつばがある角度を有して内開き
形状となっているため、外輪つば面は円すい凹面とな
り、ころ端面との接触楕円は必然的に外輪円周方向に長
くなるため問題ない。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図3は、本発明の第1の実施の形
態であり、本発明を「ころ端面クラウニング、内輪つば
面が凸面」である円筒ころ軸受に適用したものである。
すなわち、主曲率面1と2を前記図2の場合と同様に定
め、 ころ端面Fr:ころKの端面Frが球面をもち、そ
の半径の中心Orがころ軸心Lk上に位置しており、こ
ろ端面Frの主曲率面1(紙面に直交)上における曲率
半径Rr1 と主曲率面2(紙面)上における曲率半径R
2 とが等しい(Rr1 =Rr2 )。
【0016】 内輪つば面Ff:ころ端面Frに接触
する内輪つば面Ffが凸面で、その主曲率面2上におけ
る曲率半径がRf2 、これに直交する主曲率面1上にお
ける曲率半径がRf1 (即ち、主曲率面1が内輪の軸心
Lnと交わる点Ofから接点Pcまでの距離Rf1 )。
【0017】この場合に式(3)を適用すると、 (1/Rf1 )−(1/Rf2 )+(1/Rr1 )−
(1/Rr2 )<0 においてRr1 =Rr2 であるから、 (1/Rf1 )−(1/Rf2 )<0 ゆえに、内輪つば面Ffの形状をRf2 <Rf1 となる
形状とすれば、図2(b)に示した場合のように、接触
楕円Aは内輪Nの半径方向に長くなり、径方向のはみ出
しに対し余裕があるのでエッジロードが発生する余地は
小さい。
【0018】図4は、本発明の第2の実施の形態であ
り、本発明を「ころ端面特殊クラウニング、内輪つば面
が外開き平面つば」である円筒ころ軸受に適用したもの
である。すなわち、主曲率面1と2を前記図2の場合と
同様に定め、 ころ端面Fr:ころKの端面Frが特殊クラウンを
もつ。すなわち、ころ端面Frの主曲率面2上における
曲率半径はRr2 でその半径の中心Or2 がころ軸心L
k上に位置せず、一方、主曲率面1上における曲率半径
はRr1 でその中心Or1 がころ軸心Lk上に位置して
おり、両曲率半径の大小関係がRr2 <Rr1 となって
いる。
【0019】 内輪つば面Ff:外開きの円すい面の
一部で構成される。当該円すい面は、内輪Nの中心軸L
nを軸とする頂角2×(90°−α)をもつ(中心軸L
nと直交する平面とのなす角がα)もので、主曲率面2
上におけるつば面Ffは直線となりその曲率半径Rf2
=∞、主曲率面1上における曲率半径はRf1 で、その
中心Ofが内輪中心軸Ln上に位置している。
【0020】この場合に式(3)を適用すると、 (1/Rf1)−(1/Rf2)+(1/Rr1)−(1/Rr
2 )<0 においてRf2 =∞であるから、 (1/Rf1)−0+(1/Rr1)−(1/Rr2 )<0 すなわち Rr1 ・Rr2 +Rf1 ・Rr2 −Rf1 ・Rr1 <0 となり、ころ端面Frの曲率半径と内輪つば面Ffの曲
率半径との関係を Rr1 ・Rr2 /(Rr1 −Rr2 )<Rf1 のようにすれば、接触楕円は内輪Nの半径方向に長くな
り、径方向のはみ出しに対し余裕があるのでエッジロー
ドが発生する余地は小さい。
【0021】図5は、本発明の第3の実施の形態であ
り、本発明を「ころ端面がテーパで、内輪つば面が凸
面」である円筒ころ軸受に適用したものである。すなわ
ち、主曲率面1と2を前記図2の場合と同様に定め、 ころ端面Fr:ころKの中心軸Lkを軸とする頂角
2×(90°−β)をもつ円すい面の一部で構成され
る。主曲率面2上におけるころ端面Frは直線となりそ
の曲率半径Rr2 =∞、主曲率面1上における曲率半径
はRf1 で、その中心Orがころ中心軸Lk上に位置し
ている。
【0022】 内輪つば面Ff:主曲率面2上におけ
る曲率半径がRf2 、一方、主曲率面1上における曲率
半径はRf1 でその中心Of1 が内輪中心軸Ln上に位
置しており、両曲率半径の大小関係がRf2 <Rf1
なっている。
【0023】この場合に式(3)を適用すると、 (1/Rf1)−(1/Rf2)+(1/Rr1)−(1/Rr
2 )<0 においてRr2 =∞であるから、 (1/Rf1)−(1/Rf2)+(1/Rr1)−0<0 すなわち Rf2 ・Rr1 −Rf1 ・Rr1 −Rf1 ・Rf2 <0 となり、ころ端面Frの曲率半径と内輪つば面Ffの曲
率半径との関係を Rf1 ・Rf2 /(Rf1 −Rf2 )<Rr1 のようにすれば、接触楕円は内輪Nの半径方向に長くな
り、径方向のはみ出しに対し余裕があるのでエッジロー
ドが発生する余地は小さい。
【0024】図6は、本発明の第4の実施の形態であ
り、本発明を「ころ端面が特殊クラウニングで内輪つば
面が凸面」である円筒ころ軸受に適用したものである。
すなわち、主曲率面1と2を前記図2の場合と同様に定
め、 ころ端面Fr:ころKの端面Frが特殊クラウンを
もつ。すなわち、ころ端面Frの主曲率面2上における
曲率半径はRr2 でその半径の中心Or2 がころ軸心L
k上に位置せず、一方、主曲率面1上における曲率半径
はRr1 でその中心Or1 がころ軸心Lk上に位置して
おり、両曲率半径の大小関係がRr2 <Rr1 となって
いる。
【0025】 内輪つば面Ff:ころ端面Frに接触
する内輪つば面Ffが凸面で、その主曲率面2上におけ
る曲率半径がRf2 、これに直交する主曲率面1上にお
ける曲率半径がRf1
【0026】この場合に式(3)を適用すると、 (1/Rf1 )−(1/Rf2 )+(1/Rr1 )−
(1/Rr2 )<0 すなわち Rf2 ・Rr1 ・Rr2 −Rf1 ・Rr1 ・Rr2 −R
1 ・Rf2 ・Rr 2 −Rf1 ・Rf2 ・Rr1 <0 したがって、 Rr1 ・Rr2 (Rf2 −Rf1 )+Rf1 ・Rf
2 (Rr2 −Rr1 )<0 となり、ころ端面Frの曲率半径と内輪つば面Ffの曲
率半径との大小関係を (Rf2 ‐Rf1 )/(Rf1 ・Rf1 )< (Rr1
−Rr2 )/Rr1・Rr2 ) のようにすれば、接触楕円は内輪Nの半径方向に長くな
り、径方向のはみ出しに対し余裕があるのでエッジロー
ドが発生する余地は小さい。 (実施例)次に、本発明の効果を明確にするために行っ
た比較計算について説明する。
【0027】実施例の円筒ころ軸受は、本発明の第1の
実施の形態(図3)に示したもので、「ころ端面Frが
クラウニング(Rr1 =Rr2 )で、内輪つば面Ffが
凸面(Rf2 <Rf1 )」である。
【0028】比較例の円筒ころ軸受である従来品Aは、
ころ端面Frがクラウニング(Rr 1 =Rr2 )、内輪
つば面Ffは通常の円すい面(Rf2 =∞)であり、そ
の円すい面の母線ところ軸Lnの垂線とのなす角度αが
0.275°である。
【0029】比較例の円筒ころ軸受である従来品Bは、
従来品Aにおける角度αを0.263°と若干小さくし
て接触楕円のはみ出しを抑えたものである。表1に、実
施例と各比較例との各部寸法を示した。
【0030】
【表1】
【0031】これらの各軸受にアキシアル荷重3000
0Nを負荷した場合の、ころ端面Frと内輪つば面Ff
との接点に形成される接触楕円の大きさ、及び接点の高
さ、接点中央の滑り速度を求めて比較した。なお、接触
楕円の半径(長半径,短半径)は、ヘルツの弾性接触理
論に基づく次の式から計算した。
【0032】長半径a=μ{(3/E)(1−1/
2 )(Q/Σρ)}1/3 短半径b=ν{(3/E)(1−1/m2 )(Q/Σ
ρ)}1/3 ここに、 Σρ=(1/Rr1)+(1/Rr2 )+(1/Rf1)+
(1/Rf2) μ,ν:cosτ=│(1/Rr1)−(1/Rr2)+(1/Rf1)−
(1/Rf2)│/Σρの関数として与えられる係数 E:ころ及びつばの材料の縦弾性係数 m:ポアソン数 Q:荷重 であり、これらの値は表2のものを用いた。
【0033】
【表2】
【0034】表3に計算結果を示す。
【0035】
【表3】
【0036】接触楕円の寸法は、実施例では内輪円周方
向に長くなっているのに対して、比較例である従来品
A,Bでは内輪半径方向に長くなっている。実施例と従
来品Aは、ともに内輪軌道面Nkからの接点Pcの高さ
hfは3.5mm,逃げ溝Nmの高さhgはl.2mm
であるから、接点Pcから逃げ溝Nmの上端までの間隔
は3.5−l.2=2.3(mm)である。したがっ
て、内輪半径方向の接触楕円半径が2.2mmの実施例
では、接触楕円のはみ出しに対してその差0.1mmだ
け余裕があり、エッジロードの問題は発生しない。
【0037】これに対し、従来品Aの方は内輪半径方向
の接触楕円半径が2.7mmであるから0.4mmはみ
出してしまい、接触楕円と逃げ溝部の境界面もしくは接
触楕円とつば外径部の境界面でエッジロードが発生する
可能性がある。一方、従来品Bの方は、円すい面の一部
をなす内輪つば面Ffと内輪軸心に直交する面とのなす
角度αを、従来品Aのそれより若干小さくすると共に、
接点Pcの高さhfを従来品Aより0.4mm大きい
3.9mmにして接触楕円のにげ溝Nmへのはみ出しを
抑えたのであるが、接触楕円中央部における滑り速度が
実施例,従来品Aに比べて約15%大きくなってしま
い、軸受の温度上昇,内輪つば面のカジリ,焼付きなど
の問題が発生する可能性が大きくなっている。
【0038】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1に係る
発明によれば、円筒ころ軸受の内輪のつば面と円筒ころ
の端面との相対すべり接触部における接触楕円の長径の
方向を内輪円周方向とすることにより、案内つばと円筒
ころとの接触部に作用するエッジロードを軽減して円筒
ころや軌道輪の損傷を効果的に防止できるという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】二つの曲面の点接触部の主曲率面と主曲率半径
とを説明する図で、(a)は斜視図、(b)は断面図で
ある。
【図2】円筒ころ軸受の内輪つば面ところ端面との接触
部における接触楕円の形状と各曲面との関係を説明する
図で、(a)は縦断面図、(b)はそのb−b線矢視図
である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の縦断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の縦断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の縦断面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態の縦断面図である。
【図7】従来の円筒ころ軸受の縦断面図である。
【図8】図7のVIII−VIII線矢視図である。
【符号の説明】
1 主曲率面 2 主曲率面 N 軸受の内輪 Ln 軸受内輪の軸 Ff 軸受内輪のつば面 K 円筒ころ Fr ころ端面 A 接触楕円

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ころ端面と、これに接触楕円を介して接
    触する内輪つば面との少なくとも一方が凸状の曲面を持
    ち、内輪の軸心と前記接触楕円の中央とを通る主曲率面
    2及びこの主曲率面2と前記接触楕円の面との双方に垂
    直に交わり前記接触楕円の中央を通る主軸率面1上に、
    それぞれ形成されるころ端面の断面の主曲率半径をそれ
    ぞれRr2 ,Rr1 、内輪つば面の断面の主曲率半径を
    それぞれRf2 ,Rf1 とし、これらの曲率の関係が、 (1/Rf1 )−(1/Rf2 )+(1/Rr1 )−
    (1/Rr2 )<0 となるようにした円筒ころ軸受。但し、曲率がない場合
    は∞とし、1/∞=0とする。
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