JP2005048863A - 建設機械の旋回軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成にて、長寿命化を図ることができる旋回軸受装置を提供する。
【解決手段】 建設機械における下部走行体と上部旋回体との間に設けられた旋回軸受装置は、前記下部走行体に取付けられ、外周面４４に周溝５８を有する内輪３６と、前記上部走行体に取付けられ、内輪３６を囲む内周面５２に周溝６０を有する外輪３８と、内輪３６及び外輪３８の周溝５８，６０により形成された環状の空洞と、前記空洞内にその周方向に間隔を存して収容され、周溝５８，６０との間にて所定のギャップが許容された転動体３４とを備え、前記上部旋回体に対する外輪３８の取付面５０は所定の勾配を有するテーパ面として形成され、外輪３８が取付面５０を前記上部旋回体に密着させて取付けられたとき、外輪３８は前記ギャップを解消すべく捻り変形を受け、内輪３６との間にて転動体３４を転動自在に保持する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧ショベルやトラッククレーン等の建設機械において、その上部旋回体と下部走行体との間を接続する旋回軸受装置に関する。

この種の旋回軸受装置は、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１の旋回軸受装置は、油圧ショベルの上部旋回体と下部走行体との間の接続に使用され、上部旋回体のフレームに取付けられた外輪と、下部走行体のフレームに取り付けられた内輪とを有し、外輪は内輪に対して同心上に位置付けられている。これら外輪と内輪との間には、複数の転動体、例えばボールが介挿されており、外輪及び内輪の中心軸線を回転軸線とした上部旋回体は走行体に対して水平面内で旋回可能となっている。

より詳しくは、外輪の内周面及び内輪の外周面には周溝からなるレース面が設けられ、これら外側及び内側のレース面間にて転動体を収容するための環状空間が形成されている。外輪には、転動体を環状空間内に挿入するために、蓋部材で閉塞可能な径方向孔が設けられている。転動体は、この径方向孔を通じて環状空間内に間座と交互に収容され、環状空間に沿い所定の間隔を存して配置され、転動体間の間隔は間座により確保される。

このように、旋回軸受装置の組立てに際しては、環状空間内にて転動体を移動させなければならないので、内外のレース面と転動体との間には適度なギャップが必要となる。
しかしながら、上述のギャップを有する旋回軸受装置は、下部走行体に対して上部旋回体をがたつかせてしまい、油圧ショベルの乗り心地を悪化させる。

また、上部旋回体のがたつきは内外のレース面を早期に摩耗させて、上述のギャップを更に拡大させ、レース面の縁に転動体を衝突させて、レース面を剥離損傷させ、旋回軸受装置の寿命が短くなるという問題がある。

そこで、このような問題を解消するため、特許文献１の旋回軸受装置における内輪と外輪との間には、これら内輪及び外輪の軸線方向でみて転動体の両側にリング部材がそれぞれ配置されている。これらのリング部材は、転動体の両側において内輪と外輪との間に所定の隙間を確保するスペーサとして機能することから、上部旋回体のがたつきが低減され、これにより、旋回軸受装置の長寿命化が図られるものと考えられる。
実公平６−４９６４０号公報（図２等）

しかしながら、特許文献１の旋回軸受装置にあっては、２つのリング部材を必要とすることから部品点数が多く、また、その製造工程においても、リング部材を固定するための溝を内輪及び外輪のレース面に形成しなければならない。その故、この旋回軸受装置は構成的に複雑となり、また、その製造コストもまた高くなってしまう。
この発明は、上記した問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にて、長寿命化を図ることができる旋回軸受装置を提供することにある。

この発明の建設機械の旋回軸受装置は、建設機械における下部走行体と上部旋回体との間に設けられ、前記下部走行体に取付けられ、外周面に周溝を有する内輪と、前記上部走行体に取付けられ、前記内輪を囲む内周面に周溝を有する外輪と、前記内輪及び前記外輪の周溝により形成された環状の空洞と、前記空洞内にその周方向に間隔を存して収容され、前記周溝との間にて所定のギャップが許容された転動体とを備えている。

そして、この旋回軸受装置においては、前記上部旋回体に対する前記外輪の取付面は所定の勾配を有するテーパ面として形成され、前記外輪が前記取付面を前記上部旋回体に密着させて取付けられたとき、前記外輪は前記ギャップを解消すべく捻り変形を受け、前記内輪との間にて前記転動体を転動自在に保持する（請求項１）。

本発明の旋回軸受装置によれば、その組立時に必要なギャップが確保されていても、下部走行体と上部旋回体との間に組付けられときには、ギャップが解消されているので、転動体と周溝との間には余分な遊びが存在せず、簡単な構成ながらも、内レースと外レースとの間におけるがたつきが防止される。

そして、本発明の旋回軸受装置は、がたつきが防止されたことで、早期に周溝が摩耗することが防止される。このため、この旋回軸受装置においては、空洞の拡大が抑制され、転動体と内レース又は外レースとの面圧が局所的に高くなることが抑制されるので、内レース及び外レースの周溝、すなわち摺動面に剥離損傷が生じることが長期に亘り防止される。従って、この旋回軸受装置は寿命が長い。

更に、本発明の旋回軸受装置は、従来の旋回軸受装置に比べ、スペーサ等の部品点数が少なく且つ構成が簡単で安価である。
また、本発明の旋回軸受装置を備えた建設機械は、旋回軸受装置のがたつきが防止されていることから、走行時に下部走行体に対して上部旋回体ががたつかず、作業員の乗り心地が良いことに加え、長寿命且つ安価である。

図１は、本発明の一実施例に係る旋回軸受装置を備えた油圧ショベルの概略側面図である。
油圧ショベルは下部走行体１０を備えている。この下部走行体１０上には、後述する旋回軸受装置１２を介して上部旋回体１４が旋回自在に設けられている。
上部旋回体１４は旋回フレーム１６を含み、旋回フレーム１６には旋回軸受装置１２を駆動する油圧モータ１８が固定して取付けられている。油圧モータ１８は旋回軸受装置１２を駆動し、この駆動により、上部旋回体１４が下部走行体１０上にて旋回される。

旋回フレーム１６上にはその前部から後部に向けて順に、運転室２０、機械室２２およびカウンタウェイト２４等が設置されている。また、旋回フレーム１６上には作業装置２６が搭載され、この作業装置２６は運転室２０の側方にてその基端が旋回フレーム１６に枢支された起伏ブーム、この起伏ブームの先端に回動可能に連結されたアーム、そして、このアームの先端に回動可能に連結されたバケット２８を有する。

図２は、旋回軸受装置１２の一部を示す断面図である。旋回軸受装置１２は旋回フレーム１６と下部走行体１０におけるトラックフレーム３０のベース３２との間に設けられている。

旋回軸受装置１２は、互いに同心にして配置されたそれぞれリング状の内レース３６及び外レース３８を有し、内レース３６は下部走行体１０のベース３２の上面に固定され、外レース３８は旋回フレーム１６の下面に固定されている。

より詳しくは、内レース３６の下端面４０には複数のねじ孔４６が形成され（図３参照）、これらねじ孔４６は内レース３６の周方向に等間隔に配置され、これらねじ孔４６にベース３２の貫通孔を通してボルトがねじ込まれることで、内レース３６はベース３２上に固定されている。また、内レース３６はその内周面にギア４８が形成された内歯のリングギヤであり、内レース３６のギア４８は、油圧モータ１８のモータ軸に取付けられた駆動ギヤと噛み合っている。

一方、外レース３８には、軸線方向に貫通する複数のボルト孔５４が形成され（図３参照）、これらボルト孔５４もまた外レース３８の周方向に等間隔に配置されている。各ボルト孔５４と旋回フレーム１６の取付孔（図示しない）とを位置合わせした状態で、これらボルト孔５４及び取付孔にボルト５６を挿通し、ボルト５６の突出端にナットをねじ込むことで、外レース３８は旋回フレーム１６の下面に押圧された状態で固定されている。なお、図２はボルト５６を単に１点鎖線で示している。

内レース３６の外周面４４及び外レース３８の内周面５２には、断面形状が半円状の周溝５８，６０がそれぞれ形成されている。
これら周溝５８，６０は互いに対向してドーナツ状の空洞を形成し、この空洞内には転動体３４としての複数のボールと、ボール間に所定の間隔を付与する複数の間座（図示せず）とが周方向に交互に配置されている。

従って、油圧モータ１８を駆動すると、その駆動ギヤと内レース３６のギヤ４８との噛み合いにより内レース３６に対して外レース３８が回転し、これにより、上部旋回体１４は下部走行体１０に対して旋回する。
なお、外レース３８には、転動体３４及び間座を空洞内に収容するための径方向孔（図示せず）が形成され、この径方向孔は、一端が空洞に臨んで開口する一方、他端が外レース３８の外周面にて開口し、蓋材で閉塞可能である。転動体３４及び間座は、この径方向孔を通じて交互に空洞内に収容され、そして、所定の配置となるように空洞内を周方向に移動させられる。

また、内レース３６の外周面４４の下部及び外レース３８の内周面５２の上部にはシールリング６６がそれぞれ取付けられており、これらシールリング６６は転動体３４を挟むようにして互いに軸線方向に離間している。より詳しくは、上側のシールリング６６はその先端が内レース３６の上端面６２に摺接し、これに対し、下側のシールリング６６はその先端が外レース３８の下端面６４に相対的に摺接する。これらシールリング６６は、内レース３６と外レース３８との間の隙間及び空洞内に注入されたグリースを保持する。なお、内レース３６及び外レース３８の周溝５８，６０には底面に油溝６８，６８が形成され、油溝６８，６８内にもグリースが注入されている。

そして、外レース３８の上端面５０はその軸線と直交しておらず、軸線との直交面に対して所定の角度θを存した緩やかな雌テーパ面として形成されている。
以下、上記した旋回軸受装置１２自体の組立、並びに、下部走行体１０と上部旋回体１４との間への旋回軸受装置１２への組付けについて順次説明する。

図３に示したように、内レース３６及び外レース３８を互いに同心上に位置付けて支持する。この支持状態のとき、内レース３６の外周面４４及び外レース３８の内周面５２は互いに平行であるが、外レース３８の上端面５０は内レース３６の上下の端面とは平行ではない。すなわち、外レース３８の上端面５０は前述したように雌テーパ面として形成されているから、その内周縁は外周縁よりも内レース３６の上端面６２により近接した状態にある。またこのとき、これら内外レース３６，３８の周溝５８，６０は互いに合致するように対向してドーナツ状の空洞を形成し、そして、上下のシールリング６６は対応する内外レース３６，３８の端面に当接している。

次に、この支持状態下で、外レース３８の径方向孔を通じて外部から空洞内に転動体３４及び間座を交互に収容し、収容した転動体３４及び間座を空洞に沿って移動させることで、空洞の全周に亘って転動体３４を間隔を存して配置し、この後、径方向孔を蓋材で閉塞する一方、外レースに形成された注油口を通じて空洞内にグリースを封入し、旋回軸受装置１２の組立を完了する。

空洞の断面は転動体３４の断面よりも若干大きく、内外レース３６，３８の周溝５８，６０が形成する内又は外のレース面と転動体３４との間に適度なギャップが確保されている。したがって、空洞内での転動体３４及び間座の移動時、前記ギャップの存在は、転動体３４及び間座の移動を円滑にする。

次に、下部走行体１０のベース３２と上部旋回体１４の旋回フレーム１６との間に組立が完了した旋回軸受装置を配置し、その内レース３６及び外レース３８を下部走行体１０のベース３２及び旋回フレーム１６にそれぞれボルトを介して固定する。

旋回フレーム１６への外レース３８の固定時、旋回フレーム１６の下面が平坦であるのに対し、外レース３８の上端面５０は雌テーパ面であるので、ボルトの締付けにより、外レース３８の上端面５０がその旋回フレーム１６の下面に密着されると、外レース３８はその全周に亘って捻り変形を受ける。このため、外レース３８の内周面５２はその下縁側が内レース３６の外周面４４に向かって近づくよう傾斜する。

したがって、内レース３６の内レース面に対して外レース３８の外レース面が近づくので、これら内外のレース面にて形成される空洞の断面領域が減少し、転動体３４は内外のレース面間に遊びを存することなく保持される。

従って、外レース３８が捻り変形を受ける前には、内又は外のレース面と転動体３４との間に転動体３４を円滑に移動させるためのギャップが存在していたが、外レース３８の捻り変形後には、このギャップが無くなり、内レース３６及び外レース３８のレース面に対して、転動体３４は安定して保持される。つまり、ボルト５６を締め付けにより、下部走行体１０に対して上部旋回体１４が旋回軸受装置を介してがたつくことなく旋回自在に支持される。

より具体的には、外レース３８の捻り変形は、図４を参照して以下の３つの式を用いて定量的に表すことができる。

ただし式中、ｘは、外レース３８が捻り変形を受け、その周溝６０の曲率中心７０が移動した径方向の距離を、Ａは外レース３８の外周面側における上端面５０と下端面６４との距離を、Ｂは外レース３８の内周面５２側における上端面５０と下端面６４との距離を、Ｃは外レース３８の下端面６４から周溝６０の曲率中心７０までの距離を、Ｄは外レース３８の外周面から周溝６０の曲率中心７０までの距離を、Ｅ₁は捻り変形前における外レース３８の上端面外縁から周溝６０の曲率中心７０までの距離を、Ｅ₂は捻り変形後における外レース３８の上端面外縁から周溝６０の曲率中心７０までの距離を、ＦはＥ₂の径方向への余弦を、αは外レース３８の上端面外縁と周溝６０の曲率中心７０とを結ぶ線分と、外レース３８の外周面、すなわち軸線とがなす角度を、そして、θは上端面５０の傾斜角度を表している。

ここで、ｘは前述した解消されるべきギャップの大きさを示して表していることから、転動体３４の大きさ及び周溝６０の曲率等を考慮して、ｘの値が設定されれば、このｘの値を上記した式に代入して外レース３８における上端面５０の傾斜角度θを求め、そして、傾斜角度θを外レース３８の上端面５０に付与することで、外レース３８と内レース３６との間におけるがたつきを容易に防止することができる。

上記した旋回軸受装置１２を介して、下部走行体１０上に上部旋回体１４が旋回可能に搭載された油圧ショベルにおいては、油圧モータ１８が駆動されると、上部旋回体１４は下部走行体１０に対し、旋回軸受装置１２を介して円滑に旋回する。
この旋回軸受装置１２は、その組立時に必要なギャップが確保されていても、下部走行体１０と上部旋回体１４との間に組付けられときには、前記ギャップが解消されているので、転動体３４と周溝（レース面）５８，６０との間には余分な遊びが存在せず、内レース３６と外レース３８との間におけるがたつきが防止されている。

そして、旋回軸受装置１２のがたつきが防止されていることから、この油圧ショベルは、走行時に下部走行体１０に対して上部旋回体１４ががたつかず、作業員の乗り心地が良い。
また、旋回軸受装置１２は、がたつきが防止されたことで、早期にレース面が摩耗することが防止される。このため、旋回軸受装置１２においては、空洞断面の拡大が抑制され、転動体３４と内レース３６又は外レース３８との面圧が局所的に高くなることが抑制されるので、内レース３６及び外レース３８の周溝５８，６０、すなわち摺動面に剥離損傷が生じることが長期に亘り防止される。従って、旋回軸受装置及びこの旋回軸受装置１２を用いた油圧ショベルは寿命が長い。

更に、旋回軸受装置１２は、従来の旋回軸受装置に比べ、スペーサ等の部品点数が少なく且つ構成が簡単で安価であり、この旋回軸受装置１２を用いた油圧ショベル自体も安価にすることができる。
なお、本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、本発明の建設機械の旋回軸受装置は、油圧ショベルの他、トラッククレーン等の建設機械にも好適する。

また、上記した一実施例の軸受装置は単列ボール式であったが、本発明の軸受装置は、ころ式、クロスローラ式、又は複列式等であってもよい。

本発明の一実施例に係る油圧ショベルの概略構成を示す側面図である。 図１の油圧ショベルにおける旋回軸受装置周辺の断面図である。 図２の旋回軸受装置の組立て方法及び上部旋回体と下部走行体との間への組付け方法を説明するための断面図である。 図２の軸受装置におけるがたつき防止作用の説明図である。

符号の説明

３４ 転動体
３６ 内レース（内輪）
３８ 外レース（外輪）
４４ 内レースの外周面
５０ 外レースの上端面（固定面）
５２ 外レースの内周面
５８ 内レースの周溝
６０ 外レースの周溝

Claims (1)

1. 建設機械における下部走行体と上部旋回体との間に設けられた旋回軸受装置において、
   前記下部走行体に取付けられ、外周面に周溝を有する内輪と、
   前記上部走行体に取付けられ、前記内輪を囲む内周面に周溝を有する外輪と、
   前記内輪及び前記外輪の周溝により形成された環状の空洞と、
   前記空洞内にその周方向に間隔を存して収容され、前記周溝との間にて所定のギャップが許容された転動体と
   を備え、
   前記上部旋回体に対する前記外輪の取付面は所定の勾配を有するテーパ面として形成され、
   前記外輪が前記取付面を前記上部旋回体に密着させて取付けられたとき、前記外輪は前記ギャップを解消すべく捻り変形を受け、前記内輪との間にて前記転動体を転動自在に保持することを特徴とする建設機械の旋回軸受装置。

Images