JP2006057659A - Needle roller bearing for hydraulic pump - Google Patents
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Description
この発明は、油圧ポンプ等に利用される軸支持用のころ軸受に関する。 The present invention relates to a roller bearing for shaft support used for a hydraulic pump or the like.
図10に油圧ポンプの代表例として一般的な外接形ギヤポンプの断面を示す。周知のとおり、外接形ギヤポンプは一対の外接歯車34,38で構成される。すなわち、一対の歯車34,38がケーシング42内に収容され、各歯車34,38の軸部36,40は針状ころ軸受48を介して回転自在に支持されている。そして、ケーシング42は吸入口44と吐出口46を有し、歯車34,38が回転すると、吸入口44から油が吸入され、加圧された油が吐出口46から吐出される。
近年、油圧ポンプは小型化、高出力化、潤滑油の低粘度化等により軸受にとっては使用環境が高荷重・高温化する傾向にあり、潤滑不良による摩耗や表面起点型剥離が発生しやすくなってきている。 In recent years, hydraulic pumps tend to be used in high-load and high-temperature environments due to downsizing, higher output, lower viscosity of lubricating oil, etc., and wear and surface-induced peeling due to poor lubrication are likely to occur. It is coming.
特許文献1には、転動体の表面に微小な凹凸を形成して油膜形成能力を向上させたころ軸受が記載されている。これら従来の微小凹部形状のくぼみは面粗さをパラメータRqniで表示したとき、軸方向面粗さRqni(L)と円周方向面粗さRqni(C)との比の値Rqni(L)/Rqni(C)の値が1.0以下となり(Rqni≧0.10)、あわせて面粗さのパラメータSk値が−1.6以下となるようにしており、これにより相手面が粗面でも仕上げ面のよい面でも長寿命になるようにしている。 Patent Document 1 describes a roller bearing in which minute irregularities are formed on the surface of a rolling element to improve oil film forming ability. These conventional recesses having a small concave shape have a value Rqni (L) / value of the ratio of the axial surface roughness Rqni (L) and the circumferential surface roughness Rqni (C) when the surface roughness is expressed by the parameter Rqni. The value of Rqni (C) is 1.0 or less (Rqni ≧ 0.10), and the surface roughness parameter Sk is set to −1.6 or less, so that even if the mating surface is rough, Even a good surface finish has a long service life.
しかし、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い場合にはその効果が十分に発揮できない場合がある。 However, when the oil film thickness is extremely thin under low viscosity and dilute lubrication, the effect may not be sufficiently exhibited.
この発明の油圧ポンプ用ころ軸受は、少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータRyniが0.4μm≦Ryni≦1.0μmの範囲内であり、かつ、Sk値が−1.6以下であることを特徴とするものである。 In the roller bearing for a hydraulic pump according to the present invention, an infinite number of minute concave recesses are provided at least on the surface of the rolling element, and the surface roughness parameter Ryni of the surface provided with the recesses is 0.4 μm ≦ Ryni ≦ 1. It is in the range of 0 μm, and the Sk value is −1.6 or less.
ここに、パラメータRyniは基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である(ISO 4287:1997)。 Here, the parameter Ryni is the average value of the maximum height for each reference length, that is, the reference length is extracted in the direction of the average line from the roughness curve, and the interval between the peak line and the valley bottom line of this extracted portion is the roughness curve. It is a value measured in the direction of the vertical magnification (ISO 4287: 1997).
パラメータSkは粗さ曲線の歪み度(スキューネス)を指し(ISO 4287:1997)、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではSk値は0に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。Sk値のコントロールは、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。Sk値を幅方向、円周方向とも−1.6以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷を極力抑える効果がある。 The parameter Sk indicates the degree of skewness (skewness) of the roughness curve (ISO 4287: 1997), and is a statistic that is a measure of the asymmetry of the uneven distribution. The Sk value is close to 0 in a symmetric distribution such as a Gaussian distribution. That is, when the concave and convex portions are deleted, negative values are obtained, and in the opposite case, positive values are obtained. The Sk value can be controlled by selecting the rotational speed of the barrel sander, the processing time, the amount of workpiece input, the type and size of the chip, and the like. By setting the Sk value to -1.6 or less in both the width direction and the circumferential direction, the hollow with a minute concave shape becomes an oil reservoir, and even when compressed, there is little oil leakage in the sliding direction and the right-angle direction, so that an oil film is formed. Excellent, oil film formation is good, and has the effect of minimizing surface damage.
周知のとおり、ころ軸受は転動体(ころ)の転がり運動によって回転または揺動運動する軸を支持する機械要素である。通常、転動体は内輪の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に介在するが、軸の外周面を直接軌道面とした内輪を有しないタイプや、外輪、内輪とも有しないタイプも存在する。少なくとも転動体の表面にとしたのは、軌道面にも同様に微小凹形状のくぼみを形成したものを排除しない趣旨であり、また、転動体の転動面のみならず端面にも微小凹形状のくぼみを形成したものを排除しない趣旨である。 As is well known, a roller bearing is a mechanical element that supports a shaft that rotates or swings by a rolling motion of a rolling element (roller). Usually, the rolling element is slidably interposed between the inner ring raceway and the outer ring raceway, but there are types that do not have an inner ring with the outer peripheral surface of the shaft as a direct raceway surface, and types that have neither an outer ring nor an inner ring. To do. The reason why at least the surface of the rolling element is used is that it does not exclude the formation of a concave indentation on the raceway surface, and the concave shape is not only on the rolling surface of the rolling element but also on the end face. The purpose is not to exclude the formation of the depression.
請求項2の発明は、請求項1の油圧ポンプ用ころ軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータRymaxが0.4〜1.0であることを特徴とする。パラメータRymaxは基準長毎最大高さの最大値である(ISO 4287:1997)。 According to a second aspect of the present invention, in the roller bearing for a hydraulic pump according to the first aspect, a surface roughness parameter Rymax of the surface provided with the recess is 0.4 to 1.0. The parameter Rymax is the maximum value of the maximum height for each reference length (ISO 4287: 1997).
請求項3の発明は、請求項1または2の油圧ポンプ用ころ軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータRqniで表示したとき、軸方向面粗さRqni(L)と円周方向面粗さRqni(C)との比の値Rqni(L)/Rqni(C)が1.0以下であることを特徴とする。パラメータRqniとは、粗さ中心線から粗さ曲線までの高さの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根であり、別名自乗平均平方根粗さともいう。Rqniは拡大記録した断面曲線、粗さ曲線から数値計算で求められ、粗さ計の触針を幅方向および円周方向に移動させて測定する。 According to a third aspect of the present invention, in the roller bearing for a hydraulic pump according to the first or second aspect, when the surface roughness of the surface provided with the recess is indicated by a parameter Rqni, the axial surface roughness Rqni (L) and the circumference A ratio value Rqni (L) / Rqni (C) to the directional surface roughness Rqni (C) is 1.0 or less. The parameter Rqni is the square root of the value obtained by integrating the square of the height deviation from the roughness center line to the roughness curve in the section of the measurement length and averaging it, and is also called the root mean square roughness. . Rqni is obtained by numerical calculation from the cross-sectional curve and roughness curve recorded in an enlarged manner, and measured by moving the stylus of the roughness meter in the width direction and the circumferential direction.
この発明によれば、少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、油膜形成能力が向上し、低粘度・希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命となる。とくに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータRyniを0.4μm≦Ryni≦1.0μmの範囲内に設定し、従来よりも小さく抑えたことにより、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能で、従来品に比べ、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、Sk値については、−1.6以下が表面凹部の形状、分布が加工条件により油膜形成に有利な範囲である。 According to the present invention, an oil film forming ability is improved by providing an innumerable number of minute concave concaves on the surface of the rolling element, and the oil film thickness is extremely thin under low viscosity and dilute lubrication. But it has a long life. In particular, the surface roughness parameter Ryni of the surface provided with the indentation is set within a range of 0.4 μm ≦ Ryni ≦ 1.0 μm, and is suppressed to be smaller than before, thereby preventing oil film breakage even under lean lubrication. It is possible, and a long life can be obtained even under conditions where the oil film thickness is extremely thin compared to conventional products. As for the Sk value, -1.6 or less is the range advantageous for oil film formation in terms of the shape and distribution of the surface recess depending on the processing conditions.
図10に関連して既に述べたようなギヤポンプにおける軸支持用の針状ころ軸受は、内輪と外輪と転動体とを主要な構成要素としている。なお、図10の針状ころ軸受10は、軸36,40の外周面を直接軌道面として内輪を有しないタイプである。そして、転動体の転動面および端面ならびに内外輪の軌道面の少なくとも一つに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成して微小粗面化してある。この微小粗面は、くぼみを設けた面の面粗さパラメータRqniが0.4μm≦Rqni≦1.0μmの範囲内であり、かつ、Sk値が−1.6以下、好ましくは−4.9〜−1.6の範囲である。また、くぼみを設けた面の面粗さパラメータRymaxが0.4〜1.0である。さらに、面粗さを各表面の軸方向と円周方向のそれぞれで求めてパラメータRqniで表示したとき、軸方向面粗さRqni(L)と円周方向面粗さRqni(C)の比の値Rqni(L)/Rqni(C)が1.0以下になっている。このような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研摩によって、所望の仕上げ面を得ることができるが、ショット等を用いてもよい。
The needle roller bearing for shaft support in the gear pump already described with reference to FIG. 10 has an inner ring, an outer ring, and a rolling element as main components. The needle roller bearing 10 shown in FIG. 10 is of a type that does not have an inner ring with the outer peripheral surfaces of the
パラメータRyni、Rymax、Sk、Rqniの測定方法、条件を例示するならば次のとおりである。なお、これらのパラメータで表される表面性状を、ころ軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格:JIS B 0601:1994(サーフコム JIS 1994)
カットオフ種別:ガウシアン
測定長さ:5λ
カットオフ波長:0.25mm
測定倍率:×10000
測定速度:0.30mm/s
測定箇所:ころ中央部
測定数:2
測定装置:面粗さ測定器サーフコム1400A(東京精密株式会社)
The measurement method and conditions of the parameters Ryni, Rymax, Sk, Rqni are exemplified as follows. Note that when measuring the surface properties represented by these parameters for components such as rolling elements and races of roller bearings, a single measured value can be relied on as a representative value. Should be measured.
Parameter calculation standard: JIS B 0601: 1994 (Surfcom JIS 1994)
Cut-off type: Gaussian Measurement length: 5λ
Cut-off wavelength: 0.25mm
Measurement magnification: × 10000
Measurement speed: 0.30 mm / s
Measurement location: Roller center measurement number: 2
Measuring device: Surface roughness measuring device Surfcom 1400A (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)
図1に示すギヤポンプ用針状ころ軸受1は、転動体として針状ころ2を外輪4に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ2で相手軸(図示省略)を支持するようになっている。針状ころ2は保持器6により円周方向に均等に、かつ、転動自在に保持されている。針状ころ2の表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図2に示すように、外径Dr=33mm、内径dr=25mm、針状ころ2の直径D=4mm、長さL=25.8mmで、15本の針状ころ2を用いた保持器6付きころ(ころ軸受の転動体と保持器とからなるサブユニット)である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる3種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受A(比較例)と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受B(比較例)および軸受C(実施例)とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図3ないし図5に示す。具体的には、図3は軸受Aの表面粗さ、図4は軸受Bの表面粗さ、図5は軸受Cの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表1に示す。なお、Rqni(L/C)については、軸受B、Cは1.0以下であり、軸受Aは1.0前後の値である。
A needle roller bearing 1 for a gear pump shown in FIG. 1 is a needle roller bearing in which a needle roller 2 is incorporated in an outer ring 4 as a rolling element, and the other shaft (not shown) is supported by the needle roller 2. ing. The needle rollers 2 are held by a
使用した試験装置は図6に概略図で示したようなラジアル荷重試験機8で、回転軸9の両側に試験軸受1を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース(相手軸)の仕上は研摩仕上のRa0.10〜0.16μmである。アウタレース(外輪)も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重:2000kgf
回転数:4000rpm
潤滑剤:クリセフオイルH8(試験条件で2cst)
The test apparatus used is a radial load tester 8 as schematically shown in FIG. 6, and the test bearings 1 are attached to both sides of the rotary shaft 9 and the test is performed by applying rotation and load. The finish of the inner race (mating shaft) used for the test is Ra 0.10 to 0.16 μm of the polished finish. The outer race (outer ring) is also common. The test conditions are as follows.
Bearing radial load: 2000kgf
Rotation speed: 4000rpm
Lubricant: Crisef Oil H8 (2 cst under test conditions)
図7に油膜パラメータΛ=0.13の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸がL10寿命(h)を表している。同図から明らかなとおり、軸受Aが78h、軸受Bが82hであったのに対して軸受Cは121hであった。このデータが示すように、実施例である軸受Cは、油膜パラメータΛ=0.13という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。 FIG. 7 shows the life test results under the oil film parameter Λ = 0.13. The vertical axis of the figure represents the L10 life (h). As is clear from the figure, bearing A was 78h and bearing B was 82h, while bearing C was 121h. As shown by this data, the bearing C as an example can obtain a long life effect even under extremely severe lubricating conditions with a low viscosity and a thin oil film parameter Λ = 0.13.
図8に示す2円筒試験機を使用して金属接触率を評価した。図8において、駆動側円筒22(D円筒:Driver)と従動側円筒24(F円筒:Follower)は各々の回転軸の片端に取り付けられ、2本の回転軸26,28はそれぞれプーリ30,32を介して別々のモータで駆動できるようになっている。D円筒22側の軸26をモータで駆動し、F円筒24はD円筒22に従動させる自由転がりにした。F円筒24は、表面処理に関して比較例と実施例の2種類を用意した。試験条件等詳細は表2のとおりである。
The metal contact rate was evaluated using a two-cylinder tester shown in FIG. In FIG. 8, a driving side cylinder 22 (D cylinder: Driver) and a driven side cylinder 24 (F cylinder: Follower) are attached to one end of each rotating shaft, and two
金属接触率の比較データを図9に示す。同図は横軸が経過時間、縦軸が金属接触率を表し、図9(A)は比較例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、図9(B)は実施例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、それぞれ示す。これらの図を対比すれば、比較例に比べて実施例では金属接触率が改善されていることを明瞭に確認できる。言い換えれば、油膜形成率(=100%−金属接触率)が、実施例の軸受の方が比較例の軸受に比べて、運転開始時で10%程度、試験終了時(2時間後)で2%程度、向上している。 The comparison data of metal contact ratio is shown in FIG. In this figure, the horizontal axis represents the elapsed time, the vertical axis represents the metal contact rate, FIG. 9A shows the metal contact rate of the rolling surface of the roller in the comparative example bearing, and FIG. 9B shows the example bearing. The metal contact ratios of the rolling surfaces of the rollers are shown respectively. Comparing these figures, it can be clearly confirmed that the metal contact ratio is improved in the embodiment as compared with the comparative example. In other words, the oil film formation rate (= 100% −metal contact rate) is about 10% at the start of operation and 2 at the end of the test (after 2 hours) in the bearing of the example compared to the bearing of the comparative example. % Improvement.
1 針状ころ軸受
2 転動体
4 外輪
6 保持器
1 Needle roller bearing 2 Rolling element 4
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2004
- 2004-08-17 JP JP2004237682A patent/JP2006057659A/en not_active Withdrawn
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