JP2005163873A

JP2005163873A - ころがり軸受

Info

Publication number: JP2005163873A
Application number: JP2003401904A
Authority: JP
Inventors: Kohei Anada; 幸平穴田
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】ころがり軸受の内輪内径と軸とのはめあい嵌合での面取り部近傍での異常面圧を低減し、傷、フレッチング摩耗等を防止する。
【解決手段】ころがり軸受１の内輪３の内径穴５の内輪端５ａ，５ｂの面取部６と、内輪軌道面７の端面７ａから内輪端に向かう縁部８に隣接して縁部より薄肉の薄肉部９とを設け、面取部を縁部と薄肉部とで形成する段部１０より内輪端側（外側）に形成する。縁部の軸方向長さＬを端面の軌道面からの高さｈの１倍以上２倍以下、薄肉部の厚みＷは縁部の厚みＶの１／２以上５／６以下とし、さらに、面取部は内輪内径面１１に続いて角度αが３°以上８°未満の第一のテーパ部１２、テーパ角度βが８°以上１５°未満の第二のテーパ部１３、円弧部１４からなり、接続部１５，１６は半径Ｒｂが５ｍｍ以上の円弧とし、さらに、面取部及び薄肉部をテーパころがり軸受の小鍔側に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、外輪と、内輪と、前記内外輪間を転動する転動体とからなるころがり軸受の内輪と嵌合する軸との嵌めあい面の面圧低減、さらには鉄道車両、産業用車両等の車両用車軸軸受の改良に関する。

ころがり軸受の軸への嵌合にあっては、円周方向の位置ずれを防止し、摩耗や軸、ハウジング等の損傷、摩耗粉の軸受内部への侵入による異常発熱や振動等を防止するために、荷重条件により軸と内輪内径とをしまりばめする場合がある。かかる場合、はめあい面圧が所定の値以下となるように一般にしめしろを軸受の内輪径の１／１０００以下になるようにしている。また、このしめしろの計算に当たっては、内輪内径、外輪外径と縦弾性係数を用いている。しかし、荷重条件が厳しい場合には、内輪端の面取り部近傍でフレッチング摩耗が発生するという問題があった。そこで、内輪内径面と面取り部の接続部をラップ等により滑らかにしてエッジ応力の低減を図ったが、特に、荷重が大きく軸たわみが大きい電車車軸などでは、内輪内径面の円周に渡って傷が発生するという問題があった。そこで、例えば、特許文献１においては、図６に示すような、鉄道車両車軸５５に嵌着される鉄道車両車軸軸受５１の内輪５３の内輪端５３ｂの面取り部ｂ近傍にフレッチング摩耗が発生するので、面取り部ｂの形状を面取り角θにして７°以下、内輪内径面６６と面取り部ｂとの交点５４を曲率半径Ｒａが５ｍｍ以上の円弧とし、さらに面粗さをＲｚ＝６．３以下としたものが開示されている。さらに、これを反対側の内輪端５３ａの面取り部ａにも適用している。なお、符号２２は外輪、２４は転動体（テーパころ）である。
特許第３３５６５４０号公報特許請求の範囲図１

しかし、かかるテーパ面取りをしても依然として傷が発生し、特に図６のｂとは反対側の小鍔側での面取り部ａ近傍に強い面当たりが依然として残るという問題があった。また、面取り部ａ，ｂのテーパ等を小さくすると面取り長さが長くなりすぎて、軸方向長さの小さい内輪では嵌合代が不足して傷や摩耗が発生し易いという問題があった。

本発明の課題は係る問題点に鑑みて、内輪内径と軸とのはめあい嵌合での面取り部近傍での異常面圧を低減し、面取り部近傍での軸の円周に渡って発生する傷やフレッチング摩耗の発生を防止するころがり軸受を提供することである。

本発明においては、外輪と、内輪と、前記内外輪間を転動する転動体と、からなるころがり軸受において、前記内輪の内径穴の少なくとも一方の内輪端に形成された面取部と、前記内輪の外周に形成された前記転動体が転動する内輪軌道面の前記内輪端側の端面から前記内輪端に向かって形成された縁部と、前記縁部に隣接して前記内輪端に向かって形成され前記縁部より薄肉とされた薄肉部と、を有し、前記面取部は前記縁部と薄肉部とで形成する段部より前記内輪端側に形成されているころがり軸受を提供することにより上記課題を解決した。

即ち、内輪軌道面の端面に形成された縁部を従来と同様にそのまま延長するのではなく、縁部に隣接して薄肉部を形成し、縁部と薄肉部とで形成する段部を面取り部より内輪端側に設けたので、少なくとも面取り部近傍の軸に対する内輪内径面の実質のはめあいしろが小さくなり、一般の面圧計算より充分低い面圧とすることができる。一方、ボールやころ等の転動体の内輪軌道面に対応する内輪内径面は従来と同様の面圧を確保でき、縁部も従来と同様であり、転動体の転動に対する影響もない。

さらに、請求項２に記載の発明においては、前記縁部の軸方向長さが前記端面の前記軌道面からの高さの１倍以上２倍以下にされているころがり軸受した。幅を１倍以上とすることにより、縁部の軸方向強度を確保し、また、２倍以下とすることにより、薄肉部の長さを確保するようにした。これにより前述した面圧、強度を数値的にも確保するものである。

また、薄肉部の厚みは好ましくは縁部の厚みの２／３程度であるが、テーパの場合や面取りを考慮して、請求項３に記載の発明においては、前記薄肉部の厚みは前記縁部の厚みの１／２以上５／６以下のころがり軸受とした。

さらに、面取り部は、エッジとならないようにするのが好ましい。そこで、請求項４に記載の発明においては、前記面取部は前記内輪内径面に続いて設けられたテーパ角度αが３°以上８°未満の第一のテーパ部と、前記第一のテーパ部に続いて設けられたテーパ角度βが８°以上１５°未満の第二のテーパ部と、前記第二のテーパ部に続いて設けられた円弧部と、前記内径面と第一のテーパ部の接続部及び前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部の接続部に形成された半径が５ｍｍ以上の円弧とを設けたころがり軸受とした。前述した従来は第一のテーパから面取り部に達しているが、本発明の場合はテーパ角度の大きな第二のテーパ部を介して面取り部に達するようにしているので、軸方向長さが短くても内輪内径面の軸方向長さを大きくとることができ、また、薄肉部の低面圧と相まって、軸に対して異常な面圧とならない。第一のテーパ角度αが３°未満、第二のテーパ角度βが８°未満では軸方向寸法が長くなり、第一のテーパ角度αが８°以上、第二のテーパ角度βが１５°以上では角度がきつすぎて接触面圧が大きくなる。また、接続部の半径も５ｍｍ未満では接触面圧が大きくなる。

かかるころがり軸受で、最も効果的であるのは、車両車軸軸受、特に鉄道車両車軸軸受であり、請求項５に記載の発明においては、前記ころがり軸受はテーパころがり軸受であって、前記面取部及び前記薄肉部が小鍔側に設けられているころがり軸受に適用するのが好ましい。

前述したように、本発明においては、内輪軌道面の端面縁部に隣接して薄肉部を形成し、縁部と薄肉部とで形成する段部を面取り部より内輪端側に設け、面取り部近傍の内輪内径面の実質のはめあいしろを小さくしたので、内輪内径と軸とのはめあい嵌合での面取り部近傍での異常面圧を低減し、面取り部近傍での軸の円周に渡って発生する傷を防止するものとなった。さらに、請求項２に記載の発明においては、縁部の軸方向長さを端面の軌道面からの高さの１倍以上２倍以下とし、縁部の強度、薄肉部の長さを確保し、さらにまた、請求項３に記載の発明においては、薄肉部の厚みは縁部の厚みの１／２以上５／６以下としたので、従来の軸受性能を低下させることなく、応力集中や異常面圧による傷やフレッチング摩耗を防止するものとなった。

また、請求項４に記載の発明においては、テーパ角度の緩やかな第一のテーパ、とやや急な第二のテーパ部を介して面取り部に達するようにし、内輪内径面の軸方向長さを大きくし、軸に対して異常な面圧を与えないので、さらに傷やフレッチング摩耗等の発生を防止するものとなった。

さらにまた、請求項５に記載の発明においては、請求項１乃至４に記載のころがり軸受をテーパころがり軸受とし、面取部及び薄肉部を小鍔側に設けるようにしたので、電車特に最近の新幹線等の高負荷、高回転数の車両車軸軸受に適したころがり軸受を提供するものとなった。

本発明の実施例１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１を示すころがり軸受の部分断面図であり、（ａ）は深溝玉軸受、（ｂ）は円筒ころ軸受、（ｃ）は複列自動調芯ころ軸受の場合を示す部分断面図、図２は面取り部近傍の部分拡大図である。各図において、同様な部分については同符号を付す。また、図１（ａ）（ｂ）においては転動体が一列の場合について図示しているが、複列として内輪の軸方向長さが長い方が本発明の実施においては有効である。図１において、ころがり軸受１は外輪２と、内輪３と、内外輪間を転動する転動体４とから構成されている。内輪３の内径穴５の内輪端５ａ，５ｂに面取部６が設けられ、内輪の外周５ｃに転動体４が転動する内輪軌道面７の端面７ａから内輪端５ａ，５ｂに向かって縁部８が形成され、さらに縁部に隣接して縁部より薄肉とされた薄肉部９が設けられている。面取部６は縁部８と薄肉部９とで形成する段部１０より内輪端側（外側）に位置するようにされている。

図１（ａ）に示すように、縁部８の軸方向長さＬは端面７ａの軌道面７の底面からの高さｈとほぼ等倍にされ、薄肉部９の厚みＶは平均で縁部８の厚みＷのほぼ２／３にされている。面取り部６は図２に示すように、車両車軸５５に嵌着された内輪３の内輪内径面１１に続いて設けられたテーパ角度αが５°の第一のテーパ部１２と、第一のテーパ部に続いて設けられたテーパ角度βが１０°の第二のテーパ部１３と、第二のテーパ部に続いて設けられた曲率半径Ｒｃが２ｍｍの円弧部１４の面取りがなされている。内径面１１と第一のテーパ部１２の接続部１５及び第一のテーパ部１２と前記第二のテーパ部１３の接続部１６は半径Ｒｂが６ｍｍ程度の円弧となるようにペーパで角を丸めるようにし、その表面粗さはＲｚ＝６．３以下とされている。なお、円弧１４の接線１４ａが端面５ａに接続され、接線１４ａのテーパ角度γは１５°とされている。

かかるころがり軸受１にあっては、第一、第二のテーパ１２，１３により、内輪内径面１１の長さを確保する一方、面取り部６近傍は、薄肉部９により軸５５に対する内輪内径面の実質上のはめあいのしめしろが小さく、さらに、好ましくは第一、第二のテーパにより面取り６により応力集中がないので、面取り部６近傍での傷やフレッチング摩耗の発生が防止される。

次に、本発明のより好ましい他の実施例２の形態について図面を参照して説明する。図３は本発明の実施例２を示すテーパころがり軸受の断面図、図４は内輪の部分断面図である。なお、前述したと同様な部分については同符号を付し、説明の一部を省略する。図３において、車両車軸５５は車輪がしばりばめで嵌挿固着された大径部５６、先細りの肩部５７、多数のテーパころ２４を有するテーパころがり軸受２１の二個の内輪の内径１１がしまりばめで嵌合される小径部５８が順次形成され小径部端である車軸端５９にねじ部６０が設けられている。大径部５６とねじ部６０に螺合された締め付けリング６１，６２間に、シールリング６３、テーパころがり軸受内輪２３，２３が挟持固定されている。シールリング６３はテーパころがり軸受への外部からの塵埃等の侵入を防止するためのシール機構である。

図３，４に示すように、テーパころがり軸受２１は外輪２２と、２個の内輪２３と、内外輪間を転動する２列のテーパころ（転動体）２４とから構成されている。２個の内輪２３はテーパころ２４の軸方向移動を規制する大鍔３５と小鍔２８とが設けられており、内輪の外周５ｃにテーパころ２４が転動する内輪軌道面７の端面７ａから内輪端５ａに向かって小鍔２８が縁部として形成され、さらに小鍔（縁部）に隣接して小鍔より薄肉とされた薄肉部９が設けられている。この薄肉部９が互いに当接するように２個の内輪２３が背中合わせに配置されている。内輪２３の内径穴５の小鍔２８側の内輪端５ａに面取部６が設けられている。面取部６は小鍔２８と薄肉部９とで形成する段部１０より内輪端５ａ側（外側）に位置するようにされている。小鍔２８の軸方向長さＬは端面７ａと軌道面７ととの仮想線の交点からの高さｈとほぼ等倍にされ、薄肉部９の平均厚みＶは小鍔８の平均厚みＷのほぼ２／３にされている。

面取り部６は前述した図２と同様であり、内輪内径面１１に続いて設けられたテーパ角度αが５°の第一のテーパ部１２と、第一のテーパ部に続いて設けられたテーパ角度βが１０°の第二のテーパ部１３と、第二のテーパ部に続いて設けられた曲率半径Ｒｃが２ｍｍの円弧部１４の面取りがなされている。内径面１１と第一のテーパ部１２の接続部１５及び第一のテーパ部と前記第二のテーパ部１３の接続部１６は半径Ｒｂが６ｍｍ程度の円弧となるようにペーパで角を丸めるようにし、その表面粗さはＲｚ＝６．３以下とされている。

図５は従来形状及び本発明形状のテーパころがり軸受の内輪のしまりばめ嵌合での内輪内径面圧を比較したものである。図５に示すように、テーパころがり軸受の内輪５３，２３の面圧分布は、従来の小鍔３８に薄肉部を有しないものの面圧分布における小鍔３８側面取り部６の面圧Ａに対して、小鍔部２８に薄肉部９を設けた本発明の面圧Ｂは非常に小さくなることがわかる。このように、実施例２において、薄肉部９、さらには第一、第二のテーパ部１２，１３等を設けることにより集中応力を低減し、傷、フレッチング摩耗等を防止できる。なお、テーパ部６は小鍔２８ばかりでなく大鍔３５側に適宜設けるのが好ましいことはいうまでもない。

本発明の実施例１を示すころがり軸受の部分断面図であり、（ａ）は深溝玉軸受、（ｂ）は円筒ころ軸受、（ｃ）は複列自動調芯ころ軸受の場合を示す部分断面図である。本発明の実施例１、２を示すころがり軸受の面取り部近傍の部分拡大図である。本発明の実施例２を示すテーパころがり軸受の部分断面図である。本発明の実施例２を示すテーパころがり軸受の内輪の部分断面図である。従来形状及び本発明形状のテーパころがり軸受の内輪のしまりばめ嵌合での内輪内径面圧を比較したものである。従来のテーパころがり軸受の（ａ）は部分断面図、（ｂ）は内輪の部分拡大断面図である。

符号の説明

１、３１ころがり軸受（テーパころがり軸受）
２、２２外輪
３、２３内輪
４、２４転動体（テーパころ）
５内輪の内径穴
５ａ，５ｂ内輪端
５ｃ内輪の外周
６面取部
７内輪軌道面
７ａ端面
８、２８縁部（小鍔）
９薄肉部
１０段部
１１内輪内径面
１２第一のテーパ部
１３第二のテーパ部
１４円弧部
１５、１６接続部
Ｌ縁部の軸方向長さ
ｈ端面の軌道面からの高さ
Ｗ薄肉部の厚み
Ｖ縁部の厚み
α 第一のテーパ部のテーパ角度
β 第二のテーパ部のテーパ角度

Claims

外輪と、内輪と、前記内外輪間を転動する転動体と、からなるころがり軸受において、前記内輪の内径穴の少なくとも一方の内輪端に形成された面取部と、前記内輪の外周に形成された前記転動体が転動する内輪軌道面の前記内輪端側の端面から前記内輪端に向かって形成された縁部と、前記縁部に隣接して前記内輪端に向かって形成され前記縁部より薄肉とされた薄肉部と、を有し、前記面取部は前記縁部と薄肉部とで形成する段部より前記内輪端側に形成されていることを特徴とするころがり軸受。
前記縁部の軸方向長さが前記端面の前記軌道面からの高さの１倍以上２倍以下にされていることを特徴とする請求項１記載のころがり軸受。
前記薄肉部の厚みは前記縁部の厚みの１／２以上５／６以下であるとことを特徴とする請求項１又は２記載のころがり軸受。
前記面取部は前記内輪内径面に続いて設けられたテーパ角度αが３°以上８°未満の第一のテーパ部と、前記第一のテーパ部に続いて設けられたテーパ角度βが８°以上１５°未満の第二のテーパ部と、前記第二のテーパ部に続いて設けられた円弧部と、前記内径面と第一のテーパ部の接続部及び前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部の接続部に形成された半径が５ｍｍ以上の円弧と、を有することを特徴とする請求項１又は２又は３記載のころがり軸受。
前記ころがり軸受はテーパころがり軸受であって、前記面取部及び前記薄肉部が小鍔側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のころがり軸受。