JP2000104730A - 円すいころ軸受およびこれを用いた自動車用デファレンシャル - Google Patents

円すいころ軸受およびこれを用いた自動車用デファレンシャル

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JP2000104730A
JP2000104730A JP10274683A JP27468398A JP2000104730A JP 2000104730 A JP2000104730 A JP 2000104730A JP 10274683 A JP10274683 A JP 10274683A JP 27468398 A JP27468398 A JP 27468398A JP 2000104730 A JP2000104730 A JP 2000104730A
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JP
Japan
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tapered roller
bearing
center
raceway surface
roller bearing
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JP10274683A
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English (en)
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Tsuguto Nakaseki
嗣人 中関
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鍔荷重を減少させ、回転トルクを低減させ
る。 【解決手段】 内輪2の両端に鍔部5,6を有する円す
いころ軸受に適用される。軸受中心を含む断面上で、外
輪1の軌道面1aの延長線と、内輪2の軌道面2aの延
長線とが交わる交点Qを、軸受中心Qに対してオフセッ
トさせる。このオフセットにより、円すいころ3にスキ
ューを生じさせ、鍔部5,6から離れる方向の推力を生
じさせる。オフセットの範囲は、所定の定義による滑り
率が0.01以下となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の機器、例
えば自動車用デファレンシャルのピニオン軸の支持に用
いられる円すいころ軸受、およびこれを用いた自動車用
デファレンシャルに関する。
【0002】
【従来の技術】円すいころ軸受は、高い負荷容量があ
り、ラジアル・アキシャル両荷重を支持できる。そのた
め、自動車用デファレンシャルのピニオン軸を回転自在
に支持する軸受等のように、ラジアル荷重とアキシャル
荷重の双方の負荷が作用する軸受に適用されている。図
5は、自動車用デファレンシャル等に用いられている従
来の標準型の円すいころ軸受を示す。外輪51と内輪5
2の間に、ころ53が介在し、内輪52には両端に鍔部
55,56が形成されている。外輪51と内輪52の円
すい面状の軌道面51a,52aは、それぞれのコーン
センタが、互いに軸受中心O上の点Qで一致するように
形成されている。換言すれば、軸受中心Oを含む断面上
で、外輪軌道面51aの延長線と内輪軌道面52aの延
長線の交わる交点Qが軸受中心Oに一致するように形成
されている。このように交点Qを軸受中心に一致させる
ことにより、円すいころ53にスキューが生じないよう
にされる。しかし、円すいころ軸受は、ころ53の端面
と内輪鍔部55,56とで滑り接触が生じるため、回転
トルクが大きい。この対策として、鍔部55,56やこ
ろ53の端面の形状を工夫し、潤滑剤が入り易くした
り、低摩擦のための表面処理を行うことにより摩擦力を
低減する方法と、接触点をころの大径側にする方法がこ
れまで考えられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの低トルク対策
は、鍔荷重は避けられないことを前提にしており、低ト
ルク化の限界に来ている。低摩擦化の表面処理では、処
理膜の摩耗が問題となり、長期の安定した低トルクは不
可能である。
【0004】この発明の目的は、鍔荷重を減少させ、回
転トルクを低減することのできる円すいころ軸受を提供
することである。この発明の他の目的は、ピニオン軸を
支持する軸受の鍔荷重を減少させ、ピニオン軸の回転ト
ルクを低減できる自動車用デファレンシャルを提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の円すいころ軸
受は、内径面に円すい状の軌道面を有する外輪と、外径
面に円すい状の軌道面を有し両端に鍔部を有する内輪
と、これら内外輪の軌道面間に介在した円すいころとを
備える円すいころ軸受において、次の特徴を有するもの
である。請求項1記載の円すいころ軸受は、前記円すい
ころにスキューが生じてこの円すいころに前記鍔部から
離れる方向の推力が作用するように、軸受中心を含む断
面上における前記外輪軌道面の延長線と内輪軌道面の延
長線との交点を、前記軸受中心に対してオフセットさせ
たものである。このように、外輪軌道面と内輪軌道面の
延長線の交点を軸受中心からオフセットさせることによ
り、円すいころの大径側部分と小径側部分との公転速度
に速度差が生じる。この速度差により、円すいころにス
キューが生じ、転がり運動により、円すいころには内輪
の鍔から離れる方向の推力が作用する。これにより鍔荷
重が減少することになる。
【0006】この発明において、内輪回転で使用される
軸受の場合は、外輪軌道面の延長線と内輪軌道面の延長
線との交点を軸受中心に対して軌道面と反対側へオフセ
ットさせる。このように内輪回転の場合は、軌道面延長
線の交点を軌道面と反対側へオフセットさせることによ
り、円すいころの大径側の公転速度(角速度)が小径側
の公転速度よりも速くなる。これにより、円すいころは
スキューし、転がり運動により円すいころには鍔部から
離れる方向の推力が作用する。外輪回転で使用される軸
受の場合は、内輪回転の場合とは逆の関係になる。つま
り、前記交点を軸受中心に対して軌道面側へオフセット
させる。外輪回転の場合は、この方向にオフセットさせ
ることにより、円すいころの大径側の公転速度(角速
度)が小径側の公転速度よりも遅くなり、これにより円
すいころがスキューする。
【0007】いずれの方向にオフセットさせる場合も、
オフセット範囲は、次式 p=〔2(ωb −ωa ) /(ωb +ωa ) 〕×100 ωa :円すいころの小端面の中心の公転速度(角速度) ωb :円すいころの大端面の中心の公転速度(角速度) で定められる滑り率pが、0.01以下となる範囲とす
ることが好ましい。この滑り率pは、軸受の各部の寸法
および角度によって定まる無次元の値であり、回転速度
に関係なく定まる。実験の結果、上記のように滑り率p
を0.01以下とすることにより、滑り率pが0.01
を超える値の場合、および滑り率が零である場合(オフ
セットが零である場合)よりも、軸受の温度上昇が抑制
されることが分かった。これより、滑り率pを0.01
以下とすることで、鍔トルクが減少し、回転トルクが低
減することがわかる。
【0008】この発明の自動車用デファレンシャルは、
ドライブピニオンの設けられたピニオン軸を円すいころ
軸受で支持し、前記ドライブピニオンの回転を、このピ
ニオンに噛み合うギヤから入力して両側のサイドギヤに
伝達する自動車用デファレンシャルにおいて、前記ピニ
オン軸を支持する円すいころ軸受に、請求項1記載の円
すいころ軸受を用い、または請求項1記載の円すいころ
軸受につき、前記オフセット範囲を、前記滑り率pが
0.01以下となる範囲とした軸受を用いたものであ
る。自動車用デファレンシャルの前記ピニオン軸を支持
する軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重の双方の負
荷が作用し、また厳しい使用環境となる。このため、上
記の軌道面延長線の交点をオフセットさせることによる
鍔荷重の低減やトルク低減の実用効果が大きい。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図1およ
び図2に基づいて説明する。この円すいころ軸受は、内
輪回転で使用される軸受であり、内径面に円すい状の軌
道面1aを有する外輪1と、外径面に円すい状の軌道面
2aする内輪2との間に、複数個の円すいころ3が、保
持器4に保持された状態で介在している。内輪2は、小
径端に小径鍔部5が、大径端に大径鍔部6がそれぞれ形
成されている。円すいころ3は、外輪1の軌道面1aお
よび内輪2の軌道面2aに外径面が沿う円すい状面の外
径面を有する。
【0010】外輪1の軌道面1aと内輪2の軌道面2a
とは、軸受中心Oを含む任意円周方向位置における断面
上で、外輪軌道面1aの延長線と内輪軌道面2aの延長
線とが交わる交点Qが、前記軸受中心Oからオフセット
量εだけオフセットした円すい面形状とされている。軸
受中心Oは軸受の回転中心のことである。交点Qのオフ
セットの方向は、内輪回転で使用される軸受であるた
め、軸受中心Oに対して前記断面上における軌道面1
a,2aと反対側とされる。
【0011】オフセット量εは、次のように定められる
滑り率pが、0.01以下となる範囲とすることが好ま
しい。滑り率pの下限は、零よりも大きければ良く、実
質上スキューが発生する大きさであれば良い。この滑り
率pを説明する。図2に示すように、円すいころ3の小
端面の中心および大端面の中心をそれぞれa,bとする
と、各々のころ端面中心a,bでのころ3の公転速度ω
a ,ωbは、次式(1),(2) で示される。
【0012】
【数1】 ここで、各符号は、次の値を示す。 L:交点Qからころ小端面中心aまでの軸受軸方向の距
離 S:ころ小端面中心aところ大端面中心bとの軸受軸方
向の距離 α:外輪軌道面1aと内輪軌道面2aとの傾斜角度の差 β:両輪1,2間に介在した円すいころ3の中心線が軸
受中心線Oと成す角度 ω1 :外輪1および内輪2のうちの回転輪の回転速度
【0013】滑り率pは、上記の速度差と速度和を比較
して得られる値であり、次式(4) で定められる。
【0014】
【数2】
【0015】上記構成の動作を説明する。上記の式(3)
において、分母は正であるため、オフセット量εが正の
場合、ころ大径側の公転速度ωb が小径側の公転速度ω
a よりも速くなる。これにより、円すいころ3はスキュ
ーし、転がり運動により円すいころ3には内輪2の鍔
5,6から離れる方向の推力が作用する。これにより鍔
荷重が減少することになり、軸受の回転トルクが軽減さ
れる。
【0016】なお、前記実施形態は、内輪回転で使用さ
れる軸受の場合につき説明したが、外輪回転で使用され
る軸受の場合は、図3の実施形態に示すように、交点Q
のオフセットの方向を、軸受中心Oに対して軌道面1
a,2aと同じ側とする。図3の実施形態は、交点Qの
オフセット方向を異ならせたこと、および外輪回転で使
用される軸受であることの他は、図1,図2の実施形態
と同じである。
【0017】
【実施例】表1は、滑り率pを種々異ならせた軸受の負
荷試験の結果を示す。試供品となる軸受には、図1の実
施形態品と、この実施形態品に対してオフセット量のみ
が異なる軸受(軸受緒元が同じであるため、オフセット
量εの違いにより滑り率pが異なる)とを用いた。滑り
率pあるいはオフセット量εが零の軸受が従来の標準品
である。同表には、滑り率pと共にオフセット量εを併
記した。試験は、アキシャル荷重1000Nを負荷し、
2000rpm.で所定時間運転することにより行った。
【0018】
【表1】
【0019】表1より、滑り率pを0.008としたと
きの温度上昇が最小であって、滑り率pを零としたとき
よりも温度上昇が抑制されることが分かる。滑り率pが
大き過ぎると、逆に温度上昇が多くなる。これは、滑り
率pが大き過ぎると(軸受の諸元が同じである場合、オ
フセット量εが大き過ぎると)、転がり面での差動滑り
が増加し、逆の効果になるものと考えられる。
【0020】図4はこの発明の円すいころ軸受を用いた
自動車用デファレンシャルを示す。自動車用デファレン
シャル30は、プロペラシャフトからなるピニオン軸3
1に設けられたドライブピニオン32の回転を、リング
ギヤ33、デファレンシャルケース34、一対のクラッ
チメンバー35,36、およびピニオン37,38を介
して左右のサイドギヤ39,40に伝達するものであ
る。ドライブピニオン32の設けられたピニオン軸31
は、複数の円すいころ軸受41,42を介してハウジン
グ45に支持されている。サイドギヤ39,40は、ピ
ニオン軸45,46に設けられており、ピニオン軸4
5,46は円すいころ軸受43,44を介してハウジン
グ45に支持されている。前記プロペラシャフトからな
るピニオン軸31を支持する軸受41,42に、この発
明の円すいころ軸受(この例では図1の実施形態の軸
受)が用いられている。サイドギヤ39,40のピニオ
ン軸45,46を支持する軸受43,44にも、この発
明の図1の例などの円すいころ軸受を用いても良い。
【0021】
【発明の効果】この発明の円すいころ軸受は、外輪軌道
面の延長線と内輪軌道面の延長線とが交わる交点を軸受
中心に対してオフセットさせ、円すいころにスキューが
生じてこの円すいころに内輪の鍔部から離れる方向の推
力が作用するようにしたため、鍔荷重を減少させ、回転
トルクを低減することができる。内輪回転で使用される
軸受の場合は、前記交点を軸受中心に対して軌道面と反
対側へオフセットさせることで、前記スキューが生じ、
鍔荷重の低減、回転トルクの低減が得られる。外輪回転
で使用される軸受の場合は、前記交点を軸受中心に対し
て軌道面と反対側へオフセットさせることで、前記スキ
ューが生じ、鍔荷重の低減、回転トルクの低減が得られ
る。オフセットの範囲は、前記のように定義される滑り
率pが0.01以下となる範囲とすることが好ましく、
この範囲とすることで、軸受温度の上昇が抑制されるこ
とが実験により確認された。これより、鍔荷重の低減、
回転トルクの低減が得られることが分かる。また、この
発明の自動車用デファレンシャルは、上記構成の円すい
ころ軸受を用いたため、この円すいころ軸受における前
記の鍔荷重の低減、回転トルクの低減の作用が効果的に
得られ、ピニオン軸の回転トルクを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる円すいころ軸受
の断面図である。
【図2】同円すいころ軸受の寸法関係の説明図である。
【図3】この発明の他の実施形態にかかる円すいころ軸
受の断面図である。
【図4】この発明の円すいころ軸受を用いた自動車用デ
ファレンシャルの断面図である。
【図5】従来例の断面図である。
【符号の説明】
1…外輪 1a…軌道面 2…内輪 2a…軌道面 3…円すいころ 5,6…鍔部 31…ピニオン軸 32…ドライブピニオン 33…リングギヤ(ギヤ) 39,40…サイドギヤ 41,42…円すいころ軸受 O…軸受中心 Q…交点 ε…オフセット量

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内径面に円すい状の軌道面を有する外輪
    と、外径面に円すい状の軌道面を有し両端に鍔部を有す
    る内輪と、これら内外輪の軌道面間に介在した円すいこ
    ろとを備える円すいころ軸受において、前記円すいころ
    にスキューが生じてこの円すいころに前記鍔部から離れ
    る方向の推力が作用するように、軸受中心を含む断面上
    における前記外輪軌道面の延長線と内輪軌道面の延長線
    との交点を、前記軸受中心に対してオフセットさせた円
    すいころ軸受。
  2. 【請求項2】 内径面に円すい状の軌道面を有する外輪
    と、外径面に円すい状の軌道面を有し両端に鍔部を有す
    る内輪と、これら内外輪の軌道面間に介在した円すいこ
    ろとを備え、内輪回転で使用される円すいころ軸受にお
    いて、軸受中心を含む断面上における前記外輪軌道面の
    延長線と内輪軌道面の延長線との交点を、前記軸受中心
    に対して前記軌道面と反対側へオフセットさせ、そのオ
    フセット範囲を、次式 p=〔2(ωb −ωa ) /(ωb +ωa ) 〕×100 ωa :円すいころの小端面の中心の公転速度(角速度) ωb :円すいころの大端面の中心の公転速度(角速度) で定められる滑り率pが、0.01以下となる範囲とし
    た円すいころ軸受。
  3. 【請求項3】 内径面に円すい状の軌道面を有する外輪
    と、外径面に円すい状の軌道面を有し両端に鍔部を有す
    る内輪と、これら内外輪の軌道面間に介在した円すいこ
    ろとを備え、外輪回転で使用される円すいころ軸受にお
    いて、軸受中心を含む断面上における前記外輪軌道面の
    延長線と内輪軌道面の延長線との交点を、前記軸受中心
    に対して前記軌道面と同じ側へオフセットさせた円すい
    ころ軸受。
  4. 【請求項4】 前記交点の前記軸受中心に対するオフセ
    ット範囲を、次式 p=〔2(ωb −ωa ) /(ωb +ωa ) 〕×100 ωa :円すいころの小端面の中心の公転速度(角速度) ωb :円すいころの大端面の中心の公転速度(角速度) で示される滑り率pが、0.01以下となる範囲とした
    請求項3記載の円すいころ軸受。
  5. 【請求項5】 ドライブピニオンの設けられたピニオン
    軸を円すいころ軸受で支持し、前記ドライブピニオンの
    回転を、このピニオンに噛み合うギヤから入力して両側
    のサイドギヤに伝達する自動車用デファレンシャルにお
    いて、前記ピニオン軸を支持する円すいころ軸受に、請
    求項1または請求項2記載の円すいころ軸受を用いた自
    動車用デファレンシャル。
JP10274683A 1998-09-29 1998-09-29 円すいころ軸受およびこれを用いた自動車用デファレンシャル Pending JP2000104730A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003130059A (ja) * 2001-10-19 2003-05-08 Koyo Seiko Co Ltd 円錐ころ軸受
CN103089806A (zh) * 2013-01-31 2013-05-08 烟台光洋精密轴承有限公司 一种用于转向轮的双列圆锥滚子轴承及其长寿命设计方法
KR101383274B1 (ko) * 2013-02-25 2014-04-08 주식회사 베어링아트 테이퍼 롤러 베어링

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