JP2005098316A - Conical roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は円錐ころ軸受に関し、特に自動車のトランスミッションの歯車装置に好適に組み込まれる円錐ころ軸受に関する。 The present invention relates to a tapered roller bearing, and more particularly to a tapered roller bearing that is suitably incorporated in a gear device of an automobile transmission.
自動車のトランスミッション(主変速機)は大別するとマニュアルタイプとオートマチックタイプがあり、また車輌の駆動方式によって前輪駆動(FWD)用トランスアクスル、後輪駆動(RWD)用トランスミッション、および四輪駆動(4WD)用トランスファ(副変速機)がある。これらは、エンジンからの駆動力を変速して駆動軸などへ伝達するものである。 Automobile transmissions (main transmissions) are broadly classified into manual types and automatic types. Depending on the vehicle drive system, front wheel drive (FWD) transaxle, rear wheel drive (RWD) transmission, and four wheel drive (4WD) ) Transfer (sub-transmission). These shift the driving force from the engine and transmit it to the drive shaft or the like.
図6は、自動車 のトランスミッションの一構成例を示している。このトランスミッションは同期噛合式のもので、同図で左方向がエンジン側、右方向が駆動車輪側である。メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間に円錐ころ軸受 43が介装される。この例では、メインドライブギヤ42の内周に円錐ころ軸受 43の外輪軌道面が直接形成されている。メインドライブギヤ42は、円錐ころ軸受 44でケーシング45に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ42にクラッチギヤ46が係合連結され、クラッチギヤ46に近接してシンクロ機構47が配設される。
FIG. 6 shows an example of the configuration of an automobile transmission. This transmission is of a synchronous mesh type, and in the figure the left direction is the engine side and the right direction is the drive wheel side. A tapered roller bearing 43 is interposed between the
シンクロ機構47は、セレクタ(図示省略)の作動によって軸方向(同図で左右方向)に移動するスリーブ48と、スリーブ48の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキー49と、メインシャフト41の外周に係合連結されたハブ50と、クラッチギヤ46の外周(コーン部)に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング51と、シンクロナイザーキー49をスリーブ48の内周に弾性的に押圧する押さえピン52及びスプリング53とを備えている。
The
同図に示す状態では、スリーブ48及びシンクロナイザーキー49が押さえピン52によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ42はメインシャフト41に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ48が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ48に従動してシンクロナイザーキー49が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング51をクラッチギヤ46のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ46の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構47側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ48がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ46と噛み合い、メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間がシンクロ機構47を介して連結される。これにより、メインシャフト41とメインドライブギヤ42とが同期回転する。
In the state shown in the figure, the
ところで、自動車トランスミッションは、近年、ミッションのAT化、CVT化および低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、(1)油温が高い、(2)油量が少ない、(3)予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。 By the way, in recent years, low-viscosity oil tends to be used for automobile transmissions in order to achieve mission AT, CVT, fuel efficiency, and the like. In an environment where low-viscosity oil is used, it is caused by poor lubrication when adverse conditions such as (1) high oil temperature, (2) low oil volume, and (3) preload loss occur. Very short-life surface-origin separation may occur on the inner ring raceway surface with high surface pressure.
この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させないでころ本数を増やすためには保持器のポケット間隔を狭くしなければならないが、そのためには保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。 As a countermeasure for short life due to this surface-origin separation, reduction of the maximum surface pressure is a direct and effective solution. In order to reduce the maximum surface pressure, the bearing dimensions are changed, or if the bearing dimensions are not changed, the number of rollers of the bearing is increased. In order to increase the number of rollers without reducing the roller diameter, the pocket interval of the cage must be narrowed. For this purpose, it is necessary to enlarge the pitch circle of the cage and bring it closer to the outer ring side as much as possible.
保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図7に記載の円錐ころ軸受がある(特許文献1参照)。この円錐ころ軸受61は保持器62の小径側環状部62aの外周面と大径側環状部62bの外周面を外輪63内径面と摺接させて保持器62をガイドし、保持器62の柱部62cの外径面に引きずりトルクを抑制するため凹所64を形成して、柱部62cの外径面と外輪63の軌道面63aの非接触状態を維持するようにしている。保持器62は詳しくは図8に示すように、小径側環状部62aと、大径側環状部62bと、小径側環状部62aと大径側環状部62bとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所64が形成された複数の柱部62cとを有する。そして柱部62c相互間に円錐ころ65を転動自在に収容するための複数のポケット66が設けられている。小径側環状部62aには、内径側に一体に延びた鍔部62dが設けられている。
特許文献1記載の円錐ころ軸受61では、保持器62の柱部62cに凹所64があるので板厚が必然的に薄くなって保持器62の剛性が低下し、軸受61の組立て時の応力によって保持器62が変形したり、軸受61の回転中に保持器62が変形する等の可能性がある。また保持器62の小径側環状部62aの外周面と大径側環状部62bの外周面を外輪63内径面と摺接させているためその分だけ高トルクになるという問題もある。
In the tapered roller bearing 61 described in
本発明の目的は、保持器剛性を低下させることなくころ収容本数を増大可能であって、しかもトルクの増大を可及的に抑制可能な円錐ころ軸受を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a tapered roller bearing that can increase the number of rollers accommodated without lowering the rigidity of the cage and can suppress an increase in torque as much as possible.
前記目的を達成するため本発明の円錐ころ軸受(請求項1)は、内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円錐ころと、前記円錐ころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円錐ころ軸受において、前記保持器の外径面に、前記外輪の内径面に向かって凸状をなし前記外輪の内径面との間に微小隙間を形成する突起部を円周所定間隔で複数形成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a tapered roller bearing according to the present invention (Claim 1) includes an inner ring, an outer ring, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, and the tapered roller. In the tapered roller bearing provided with a cage that holds at a predetermined circumferential interval, the outer diameter surface of the cage is convex toward the inner diameter surface of the outer ring, and a minute gap is formed between the inner diameter surface of the outer ring and the outer ring. A plurality of protrusions that form the shape are formed at predetermined intervals around the circumference.
前記突起部を形成することにより円錐ころ軸受の回転時に突起部と外輪内径面との間に形成される楔状油膜の動圧により保持器と外輪との間の微小隙間が維持され、両者の接触に伴うトルク損失や保持器ないし外輪軌道面の損傷が防止される。従って保持器外径面を可及的に外輪内径面に接することなく近接させることが可能となり、軸受トルクを増大させることなく保持器のころ収容本数を増大させて内輪軌道面に生じる最大面圧を抑制することができる。 By forming the protrusion, a minute gap between the cage and the outer ring is maintained by the dynamic pressure of the wedge-shaped oil film formed between the protrusion and the inner diameter surface of the outer ring when the tapered roller bearing rotates. Torque loss and damage to the cage or outer ring raceway surface are prevented. Accordingly, the outer diameter surface of the cage can be brought as close as possible without contacting the inner diameter surface of the outer ring, and the maximum surface pressure generated on the inner ring raceway surface can be increased by increasing the number of rollers accommodated in the cage without increasing the bearing torque. Can be suppressed.
また本発明の円錐ころ軸受(請求項2)は、前記突起部が保持器の柱部外径面に断面円弧状で形成され、その円弧曲率半径が外輪軌道面の半径よりも小さく、かつ、前記突起部の幅寸法を保持器の柱部の幅寸法の50%以上としたことを特徴とする。
突起部の形を、外輪軌道面の半径よりも小さい曲率半径の断面円弧状とし、突起部の幅寸法を保持器の柱部の幅寸法の50%以上とすることにより、軸受回転時に外輪内径面との間に良好な楔状油膜が形成され、この楔状油膜の動圧により保持器と外輪との非接触状態が維持される。
Further, in the tapered roller bearing of the present invention (Claim 2), the protrusion is formed in an arc shape in cross section on the outer diameter surface of the column portion of the cage, the arc curvature radius is smaller than the radius of the outer ring raceway surface, and The width dimension of the protrusion is 50% or more of the width dimension of the column part of the cage.
The shape of the protrusion is an arc of cross section with a radius of curvature smaller than the radius of the outer ring raceway surface, and the width of the protrusion is 50% or more of the width of the cage pillar, so that the inner diameter of the outer ring is A good wedge-shaped oil film is formed between the surface and the non-contact state between the cage and the outer ring by the dynamic pressure of the wedge-shaped oil film.
また本発明の円錐ころ軸受(請求項3)は、保持器が鋼板プレス製であることを特徴とする。鋼板プレス製保持器は高剛性であり耐摩耗性があるので軸受寿命の延長に適する。 The tapered roller bearing according to the present invention (Claim 3) is characterized in that the cage is made of a steel plate press. Steel plate press cages are highly rigid and wear resistant, making them suitable for extending bearing life.
また本発明の円錐ころ軸受(請求項4、5)は、前記保持器の外周面が二硫化モリブデン(MoS2)系でコーティング処理またはバレル研磨されていることを特徴とする。
The tapered roller bearing according to the present invention (
このような平滑化処理をすることにより軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗を低減することができる。 By performing such a smoothing process, it is possible to reduce torque loss and cage wear at the start of the bearing.
また本発明の円錐ころ軸受(請求項6)は、前記保持器がPPS、PEEK、PPAまたはポリアミド樹脂製であることを特徴とする。
樹脂製保持器は鋼板プレス製保持器と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
The tapered roller bearing according to the present invention (claim 6) is characterized in that the cage is made of PPS, PEEK, PPA or polyamide resin.
Since the resin cage is lighter and has a smaller friction coefficient than the steel plate press cage, it is suitable for reducing torque loss and cage wear at the start of the bearing.
本発明は前述の如く、円錐ころ軸受の保持器の外周面に外輪の内周面に向かって凸状をなす突起部を円周所定間隔で複数形成したので、保持器外径面を外輪内径面に近接させてころ収容本数を増大させても、突起部と外輪内周面との間で楔状油膜による良好な潤滑作用が得られる。従って、軸受のトルク特性を損なうことなくころ本数増大によって内外輪軌道面の最大面圧を低減させることができ、高油温、少油量、および予圧抜け発生など悪条件が重なって過酷潤滑条件となった場合でも、極短寿命の表面起点剥離がとりわけ内輪軌道面に発生するのを防止することができる。 In the present invention, as described above, a plurality of protrusions that are convex toward the inner peripheral surface of the outer ring are formed on the outer peripheral surface of the retainer of the tapered roller bearing at predetermined circumferential intervals. Even if the number of rollers accommodated is increased by being close to the surface, a good lubricating action by the wedge-shaped oil film can be obtained between the protrusion and the inner peripheral surface of the outer ring. Therefore, the maximum surface pressure of the inner and outer ring raceways can be reduced by increasing the number of rollers without impairing the torque characteristics of the bearing, and the adverse conditions such as high oil temperature, small amount of oil, and occurrence of preload loss can overlap with severe lubrication conditions. Even in this case, it is possible to prevent the occurrence of surface-origin separation having an extremely short life, particularly on the inner ring raceway surface.
以下に本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図1および図4に示す如く、この実施形態の円錐ころ軸受1は、円錐状の軌道面2aを有し、この軌道面2aの小径側に小鍔部2b、大径側に大鍔部2cを有する内輪2と、円錐状の軌道面3aを有する外輪3と、内輪2の軌道面2aと外輪3の軌道面3aとの間に転動自在に配された複数の円錐ころ4と、円錐ころ4を円周等間隔に保持する保持器5とで構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 4, the tapered roller bearing 1 of this embodiment has a
保持器5は、例えばSPCC鋼板等の鋼板(鋼管)からプレス加工によって成形されたプレス加工品で、図3に示すように、小径側環状部5aと、大径側環状部5bと、小径側環状部5aと大径側環状部5bとを軸方向に繋ぐ複数の柱部5cと、円周方向に隣接する柱部5c間に設けられ、円錐ころ4を転動自在に収容する複数のポケット5dとを備えている。小径側環状部5aには、内径側に一体に延びた鍔部5eが設けられている。
The
柱部5cの外径面には図1〜図3に示すように外輪軌道面側に向けて凸状を成す突起部5fが一体に形成されている。この突起部5fは図2に示すように柱部5cの横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径R2は外輪軌道面半径R1より小さく形成されている。これは突起部5fと外輪軌道面との間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部の曲率半径R2は外輪軌道面半径R1の70〜90%程度に形成するとよい。70%未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなり過ぎて却って動圧が低下する。また90%を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなり過ぎて同様に動圧が低下する。また、突起部5fの横幅W2は望ましくは柱部5cの横幅W1の50%以上となるように形成する(W2≧0.5×W1)。5O%未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部5fの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪軌道面半径R1は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部5fの曲率半径R2もそれに合わせて大径側環状部5bの大きな曲率半径R2から小径側環状部5aの小さな曲率半径R2へと連続的に変化するようにする。
As shown in FIGS. 1 to 3, a
保持器5の表面、特に保持器5の外径面は、できるだけ滑らかな表面にしておくのがよい。すなわち、円錐ころ軸受1の回転中は保持器5外径面の突起部5fと外輪軌道面との間に楔状油膜が形成されてその動圧作用で保持器5の外径面ないし突起部5fが外輪軌道面に接触することはないが、円錐ころ軸受1の回転直後で低回転数のため十分な楔状油膜が形成されないうちに過酷な潤滑条件が発生すると保持器5の外径面ないし突起部5fが外輪軌道面に接触する可能性がある。このような場合に備えて、保持器5の外径面を例えば二硫化モリブデン(MoS2)系のコーティング処理をしたり、またはバレル研磨仕上げ等を行なうことにより可及的に摩擦係数を低減する処置をしておくのがよい。
The surface of the
保持器5は鋼板プレス製品のほか、樹脂製の保持器5’(図5参照)としてもよい。この樹脂製保持器5’の柱部5’c外径面にも、鋼板プレス製保持器5と同様に突起部5’fを一体形成する。樹脂の種類としては、自動車トランスミッションでの使用を前提する場合は耐油性を考慮してPPS、PEEK、PPA等のスーパーエンプラ又はポリアミド樹脂とするのが望ましい。樹脂製保持器5’は鋼板プレス製保持器5と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいという特徴があるため、本発明の円錐ころ軸受用保持器として好適である。
The
本発明の円錐ころ軸受1は以上にように構成されているため、軸受1が回転して保持器5(5’)が回転し始めると、外輪軌道面と保持器5(5’)の突起部5fとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受1の回転速度にほぼ比例した動圧を発生するので、保持器5(5’)のピッチ円直径(PCD)を大きくして外輪軌道面に近接させても、軸受1を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。
Since the tapered
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施形態では突起部5f(5’f)を柱部5c(5’c)の外径面に形成したが、これに加えて、保持器5(5’)の小径側環状部5aや大径側環状部5bの外径面にも形成することができる。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the
本発明に係る円錐ころ軸受1 は、自動車のトランスミッションに組み込む他、自動車のデファレンシャルや、自動車用歯車装置以外の用途に使用することも可能である。
The tapered
1 軸受
2 内輪
2a 軌道面
2b 小鍔部
2c 大鍔部
3 外輪
3a 軌道面
4 円錐ころ
5 保持器
5a 小径側環状部
5b 大径側環状部
5c 柱部
5d ポケット
5e 鍔部
5f 突起部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
The tapered roller bearing according to claim 1, wherein the cage is made of PPS, PEEK, PPA, or polyamide resin.
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