JP2006064037A - Roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体を介在させた転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are interposed between an inner ring and an outer ring.
従来の転がり軸受について、鉄道車両の車軸支持に使用される複列円すいころ軸受を挙げて説明する。図20は、鉄道車両の車軸支持に使用される複列円すいころ軸受の一例を示している。この複列円すいころ軸受は、車軸1に嵌合させる一対の内輪11,11と、図示外の軸箱に嵌合固定される外輪12と、一対の内輪11,11及び外輪12間に転動自在に介在する転動体としての複列の円すいころ13,13と、各列の円すいころ13,13を軸受周方向に所定の間隔で保持する保持器14,14とを主要な構成要素としている。なお、図中の符号15は後蓋で、符号16は油切りである。後蓋15及び油切り16は、内輪11の外側端部に隣接するように車軸1に嵌合され、内輪11と共に回転する部材である。また、符号17,17は密封装置で、外輪12の端部に嵌合固定され、弾性体シール17a,17aを後蓋15又は油切り16に摺接させて軸受内部を密封するものである。
A conventional rolling bearing will be described with reference to a double row tapered roller bearing used for supporting an axle of a railway vehicle. FIG. 20 shows an example of a double-row tapered roller bearing used for supporting an axle of a railway vehicle. This double-row tapered roller bearing rolls between a pair of
ところで、鉄道車両は重量物であるため、その荷重が負荷される車軸1には撓みが生じる。車軸1が撓んだ状態で回転駆動されると、車軸1と内輪11,11の間に接触不良が発生する。詳しくは、内輪11,11に対して車軸1が傾いて、内輪11,11の内径側端部に集中荷重(エッジロード)が負荷される。このエッジロードにより、内輪11,11の疲労寿命が低下する一方、車軸1と内輪11,11の間に滑りが生じて車軸1の表面に円周方向の傷が付く。
By the way, since the railway vehicle is heavy, the
従来は、内輪11,11のエッジロードを抑制するため、各内輪11,11の内径側の端部を円すい面状に面取り加工したり、或いは略球面状にR加工したものが提案されている(例えば特許文献1〜4参照)。なお、図20では、便宜上、各内輪11,11の内径側の端部にR加工を施したものを示している。
Conventionally, in order to suppress the edge load of the
内輪11,11の内径側端部に面取り加工やR加工を施すと、車軸1を撓ませるような大きな荷重が負荷されたときに、内輪11,11の内径面が弾性的に微小変形し、面取り加工又はR加工された部位の一部が車軸1に接触する。これにより、車軸1との接触で内輪11,11の内径面に負荷される面圧が分散され、内輪11,11のエッジロードが抑制される。しかし、面取り加工の傾斜角やR加工の曲率、或いはこれらの加工領域が過小又は過大であると、内輪11,11のエッジロードを軽減させることができず、車軸1や内輪11,11の耐久性が低下する。
When chamfering or R machining is performed on the inner diameter side ends of the
本発明は、かかる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、内輪にエッジロードが負荷されるのを防止し得る内輪の内径側形状を提案することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to propose an inner ring inner side shape that can prevent an edge load from being applied to the inner ring.
本発明に係る転がり軸受は、上記目的を達成するため、軸に嵌合させる内輪と、外輪と、内輪及び外輪間に転動自在に介在する複数の転動体とを具備し、内輪の内径側に、内輪の軸線方向断面における輪郭線を式(1)で表される対数曲線とするクラウニング部を設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a rolling bearing according to the present invention comprises an inner ring fitted to a shaft, an outer ring, and a plurality of rolling elements interposed between the inner ring and the outer ring so as to be freely rollable. Further, the present invention is characterized in that a crowning portion is provided in which the contour line in the axial section of the inner ring is a logarithmic curve represented by the formula (1).
但し、A=2K1Q/πLE’とする。
However, A = 2K 1 Q / πLE ′.
ここで「クラウニング」とは、接触物体の接触面に膨らみを持たせることであり、内輪軸方向のほぼ全域に形成されるクラウニングをフルクラウニングといい、内輪の軸方向端部に形成されるクラウニングをカットクラウニング(パーシャルクラウニング)という。上記のクラウニング部は、内輪の内径側端部に丸みを持たせるという点で図20に示すR加工された部位と共通する概念であるが、R加工された部位の領域が内輪内径側端部に限定されているのに対し、クラウニング部の領域は内輪の内径側全域に及ぶことが許容されており、この点でR加工された部位とは相違するものである。 Here, “crowning” is to make the contact surface of the contact object bulge, and the crowning that is formed in almost the entire area of the inner ring axial direction is called full crowning, and the crowning that is formed at the axial end of the inner ring. Is called cut crowning (partial crowning). The above-mentioned crowning part is a concept common to the R-processed part shown in FIG. 20 in that the inner ring-side end of the inner ring is rounded, but the region of the R-processed part is the inner ring inner-end part. On the other hand, the area of the crowning portion is allowed to extend over the entire inner diameter side of the inner ring, which is different from the R-processed portion.
ところで、線接触する二円筒の最適なクラウニング曲線に関しては、Johns,P.M. and Gohar,R.が、“Roller bearings under radial and eccentric loads”(TRIBOLOGY international June 1981 pp.131〜136)において、式(2)で示される最適転動体曲線(以下、Johns-Gohar曲線という。)を提唱している。 By the way, as for the optimal crowning curve of two cylinders in line contact, Johns, PM and Gohar, R., in “Roller bearings under radial and eccentric loads” (TRIBOLOGY international June 1981 pp.131-136), ) Is proposed (hereinafter referred to as Johns-Gohar curve).
式(2)のJohns-Gohar曲線は、図1に示すように、原点Oを頂点とし、y=±L/2(1−0.3033b/a)-1/2を漸近線とする曲線で、通常、軸受軌道輪(内輪又は外輪)と線接触する転動体(円筒ころ、円すいころ、針状ころなど)の転動面に形成されるクラウニング部の設計に使用されている。 As shown in FIG. 1, the Johns-Gohar curve of the equation (2) is a curve having an origin O as a vertex and y = ± L / 2 (1−0.3033b / a) −1/2 as an asymptote. Usually, it is used for the design of a crowning portion formed on the rolling surface of a rolling element (cylindrical roller, tapered roller, needle roller, etc.) in line contact with a bearing race (inner ring or outer ring).
図2は、式(2)のJohns-Gohar曲線を適用した円筒ころ21の一例を示している。この円筒ころ21は、両端部にR部22を有し、R部22の相互間に式(2)のJohns-Gohar曲線からなるクラウニング部23を設けたものである。なお、図中の一点鎖線は、クラウニング部23を形成していない場合の円筒ころを示している。図2のXYZ座標系は、円筒ころ21の母線上であって図示しない軸受軌道輪との接触領域24の中央部に原点Oをとり、円筒ころ21の母線に直交する接線方向にX軸を、円筒ころ21の母線方向にY軸を、円筒ころ21’の半径方向にZ軸をとったものである。
FIG. 2 shows an example of the
式(2)において、z(y)は円筒ころ21に形成されるクラウニング部23のY軸方向位置yにおけるドロップ量(Z軸方向変位)、Qは荷重、Lは円筒ころ21の有効接触部25のY軸方向長さ、E’は等価弾性係数、bはヘルツの接触半幅、aは原点Oから有効接触部25の端部までのY軸方向長さである。
In equation (2), z (y) is the drop amount (displacement in the Z-axis direction) at the position y in the Y-axis direction of the crowning
有効接触部25は、二次元接触を仮定したときの接触領域で、実際の接触領域24とは相違する。有効接触部25のY軸方向長さLは、図中の一点鎖線のように、クラウニング部23を形成していない場合の円筒ころの円筒面領域のY軸方向長さである。なお、有効接触部25のY軸方向長さLは、円筒ころ21の端部に面取り加工又はR加工を施してある場合、円筒ころ21のY軸方向全長から面取り加工又はR加工された部位(例えば図2のR部22,22)のY軸方向長さを減じた長さで、円筒ころ21の端部に面取り加工又はR加工を施していない場合、円筒ころ21のY軸方向全長と一致する。また、有効接触部25のX軸方向幅をヘルツの接触幅といい、その半幅がヘルツの接触半幅bである。なお、ヘルツの接触半幅bは、下記の式(3)で求められる。
The
式(3)において、Rは等価半径で、円筒ころ21の半径をR1とし、図示しない軸受軌道輪の軌道面の半径をR2とすると、下記の式(4)で求められる。
In the formula (3), R in the equivalent radius, the radius of the
また、円筒ころ21の弾性係数をE1、ポアソン比をν1とし、図示しない軸受軌道輪の弾性係数をE2、ポアソン比をν2とすると、等価弾性係数E’は下記の式(5)で求められる。
If the elastic coefficient of the
本発明者らは、軸と軸に嵌合される内輪も、線接触する二円筒と考えられることから、式(2)のJohns-Gohar曲線からなるクラウニング部を内輪内径面に適用しようと考えた。しかし、式(2)に基づいて設計されたクラウニング部について解析すると、クラウニング部の端部で接触圧力がやや高くなるという結果が得られた。しかも、接触物体(軸と内輪)の傾きを考慮すると、エッジロードが発生しやすくなると考えられるので、式(2)のJohns-Gohar曲線をそのまま内輪内径面のクラウニング部に適用することはできない。そこで、本発明者らは、式(2)の定数項に係数K1,K2’を導入してパラメータ化し、下記の式(6)とした。 The present inventors consider that the inner ring fitted to the shaft is also considered to be a two-cylinder in line contact, so that the crowning portion composed of the Johns-Gohar curve of the formula (2) is applied to the inner ring inner surface. It was. However, when the crowning part designed based on the formula (2) is analyzed, the result that the contact pressure is slightly increased at the end of the crowning part is obtained. Moreover, since it is considered that edge loading is likely to occur when the inclination of the contact object (the shaft and the inner ring) is taken into account, the Johns-Gohar curve of Equation (2) cannot be applied to the crowning portion of the inner ring inner diameter surface as it is. Therefore, the present inventors introduced coefficients K 1 and K 2 ′ into the constant term of equation (2) and parameterized them to obtain the following equation (6).
式(6)は、係数K1,K2’を適宜設定することによって、クラウニング部の端部で接触圧力がやや高くなるのを防止できるように、式(2)を改良したものである。式(6)の曲線は、図1のJohns-Gohar曲線と同様に、原点Oを頂点とする曲線であるため、原則として、正負線対称のフルクラウニングを表すものである。式(6)の曲線をカットクラウニングに適用する場合は、式(6)の曲線をY軸方向に平行移動すると共に、その頂点から正側又は負側の領域のみをクラウニング部の輪郭線として採用する。 Expression (6) is obtained by improving Expression (2) so that the contact pressure can be prevented from being slightly increased at the end of the crowning portion by appropriately setting the coefficients K 1 and K 2 ′. Since the curve of the equation (6) is a curve having the origin O as a vertex, like the Johns-Gohar curve of FIG. 1, in principle, it represents a full crowning that is symmetric with respect to positive and negative lines. When applying the curve of equation (6) to cut crowning, the curve of equation (6) is translated in the Y-axis direction and only the positive or negative region from the apex is adopted as the contour of the crowning part. To do.
図3は、式(6)の曲線をY軸方向に平行移動したものを示している。図3の曲線の頂点O1のYZ座標を(s,0)とすると、式(6)は式(7)のように書き換えられる。 FIG. 3 shows a curve obtained by translating the curve of Expression (6) in the Y-axis direction. If the YZ coordinate of the vertex O 1 of the curve in FIG. 3 is (s, 0), Equation (6) can be rewritten as Equation (7).
式(7)の曲線の頂点座標(s,0)は、原点Oから有効接触部の端部までの母線方向長さaと、クラウニング部の母線方向長さymを用いて、(s,0)=(a−ym,0)と表すことができる。これにより式(7)は、式(8)のように書き換えることができる。 Wherein vertex coordinates (s, 0) of the curve (7), using the generatrix direction length a from the origin O to the end of the effective contact portion, the generatrix direction length y m of the crowning portion, (s, 0) = (a−y m , 0). As a result, equation (7) can be rewritten as equation (8).
一方、式(8)における係数K1は、荷重Qに掛けられていることから、物理的な意味合いとして荷重Qの倍率と解釈することができ、また、K2’,ymを定めてK1を変化させていくと、式(8)で表される曲線の曲率が変化していくことから、幾何学的にはクラウニング部の曲率を定めるパラメータと解釈することができる。これに対し、係数K2’は、その物理的な意味合いが不明確である。このため、式(8)から係数K2’を消去して物理的意味合いのあるパラメータを導入することとした。 On the other hand, the coefficient K 1 in the formula (8), since it has been subjected to a load Q, can be interpreted as a ratio of the load Q as a physical sense, also, K 2 ', defines a y m K As 1 is changed, the curvature of the curve represented by the equation (8) changes, so geometrically, it can be interpreted as a parameter for determining the curvature of the crowning portion. On the other hand, the physical meaning of the coefficient K 2 ′ is unclear. For this reason, the coefficient K 2 ′ is eliminated from the equation (8) and parameters having physical significance are introduced.
式(8)において、有効接触部の端部におけるY座標はaであるから、有効接触部の端部におけるドロップ量をzm(以下、最大ドロップ量という。)として、y=a,z(y)=zmを式(8)に代入すると、式(9)が得られる。 In equation (8), since the Y coordinate at the end of the effective contact portion is a, the drop amount at the end of the effective contact portion is z m (hereinafter referred to as the maximum drop amount), and y = a, z ( Substituting y) = z m into equation (8) yields equation (9).
式(9)から得られる係数K2’を式(8)に代入して整理すると、下記の式(10)が得られる。 Substituting the coefficient K 2 ′ obtained from Equation (9) into Equation (8) and rearranging results in the following Equation (10).
ここで、原点から有効接触部の端部までのY軸方向長さaに対する各クラウニング部のY軸方向長さymの割合をK2と定義し(K2=ym/a)、ym=K2aを式(10)に代入すると、式(10)は、式(11)のように書き換えることができる。 Here, the proportion of the Y-axis direction length y m of each crowning portion with respect to the Y-axis direction length a to the end of the effective contact portion from the origin is defined as K 2 (K 2 = y m / a), y By substituting m = K 2 a into equation (10), equation (10) can be rewritten as equation (11).
式(11)において、2K1Q/πLE’=Aと簡略化したものが、上記の式(1)である。 In the equation (11), the above equation (1) is simplified as 2K 1 Q / πLE ′ = A.
式(1)又は式(11)は、K1,K2,zmを設計パラメータとし、これらを除く他のパラメータ(Q,L,E’,a)は、設計条件として定数で与えられる。したがって、式(1)によれば、内輪にエッジロードが負荷されないように、三つの設計パラメータK1,K2,zmを最適化すれば、所望のクラウニング部を設計することができる。 In Expression (1) or Expression (11), K 1 , K 2 , and z m are design parameters, and other parameters (Q, L, E ′, a) other than these are given as design conditions as constants. Therefore, according to Equation (1), a desired crowning portion can be designed by optimizing the three design parameters K 1 , K 2 , and z m so that the edge load is not applied to the inner ring.
設計パラメータK1,K2,zmを変えて式(1)から得られる複数のクラウニング曲線の各々について、内輪に負荷される最大面圧を調べると、内輪にエッジロードが負荷されないような設計パラメータK1,K2,zmの組合せが得られる。そして、クラウニング部のY軸方向長さymを決定すれば、上記の設計パラメータK1,K2,zmの組合せに基づいて、最大ドロップ量zmの最小値を求めることができる。このクラウニング部のY軸方向長さymと、これに対応する最大ドロップ量zmの最小値との関係を、軸径に対する最大ドロップ量zmの割合をZ、有効接触部のY軸方向長さLに対するクラウニング部のY軸方向長さymの割合をL’として表すと、Z≧(0.4L’+0.083)×10-3となる。すなわち、式(1)において、Z≧(0.4L’+0.083)×10-3を満たすように、設計パラメータK1,K2,zmを設定すると、エッジロードが負荷されないような内輪のクラウニング部の形状が得られる。 When the maximum surface pressure applied to the inner ring is examined for each of the plurality of crowning curves obtained from Expression (1) by changing the design parameters K 1 , K 2 , and z m , the design is such that the edge load is not applied to the inner ring. A combination of parameters K 1 , K 2 , z m is obtained. If the length y m of the crowning portion in the Y-axis direction is determined, the minimum value of the maximum drop amount z m can be obtained based on the combination of the design parameters K 1 , K 2 , and z m . And Y-axis direction length y m of the crowning portion, the relationship between the minimum value of the maximum drop amount z m corresponding thereto, a ratio of the maximum drop amount z m for the shaft diameter Z, the effective contact portions Y-axis direction When the ratio of the length y m in the Y-axis direction of the crowning portion to the length L is expressed as L ′, Z ≧ (0.4L ′ + 0.083) × 10 −3 . That is, when the design parameters K 1 , K 2 , and z m are set so as to satisfy Z ≧ (0.4L ′ + 0.083) × 10 −3 in the expression (1), the inner ring is not loaded with an edge load. The shape of the crowning part is obtained.
本発明に係る転がり軸受によれば、内輪の内径側に上記の式(1)で表されるクラウニング部を形成してあるから、内輪にエッジロードが発生するのを防止することが可能になる。これにより、内輪の耐久性を向上させることができると共に、内輪を嵌合した軸に傷が付くのを防止することもできる。 According to the rolling bearing of the present invention, since the crowning portion represented by the above formula (1) is formed on the inner diameter side of the inner ring, it is possible to prevent the edge load from being generated in the inner ring. . As a result, it is possible to improve the durability of the inner ring and to prevent the shaft on which the inner ring is fitted from being damaged.
以下、添付図面を参照しつつ本発明に係る転がり軸受の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、従来例と同一部位には同一符号を付して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a rolling bearing according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the same parts as those in the conventional example will be described with the same reference numerals.
図4は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態を例示する縦断面図であって、本発明を鉄道車両の車軸支持に使用される複列円すいころ軸受に適用した場合を示している。この複列円すいころ軸受は、従来例と同様に、一対の内輪11,11、外輪12、複列の円すいころ13,13,…及び保持器14,14を主要な構成要素としている。なお、この実施形態では、内輪11,11の相互間に、スペーサ部材18を配設してある。スペーサ部材18は、内輪11よりも弾性のある材料で構成されており、内輪11,11の端面の摩耗を抑制する役割を果たしている。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view illustrating an embodiment of a rolling bearing according to the present invention, and shows a case where the present invention is applied to a double row tapered roller bearing used for supporting an axle of a railway vehicle. This double row tapered roller bearing has a pair of
この実施形態では、外輪12、複列の円すいころ13,13,…及び保持器14,14として、従来例に示したものと同様のものを適用できるから、これらについては詳しい説明を省略し、以下、図5を参照して内輪11の構成について詳述する。
In this embodiment, as the
この実施形態における内輪11は、図5に示すように、外径側に円すいころ13を転動させる円すい面状の軌道面111を有し、内径側に車軸1を嵌合させる略円筒面状の嵌合面112を有する。
As shown in FIG. 5, the
軌道面111の内方側には小鍔部113が形成され、軌道面111の外方側には大鍔部114が形成され、小鍔部113と大鍔部114の間に円すいころ13が嵌め込まれる。
A
嵌合面112の両端部には、輪郭線形状が円弧状であるR部115を形成してある。小鍔側のR部115は、スペーサ部材18との接触で小鍔側端面118にエッジロードが負荷されるのを防止するためのものである。他方、大鍔側のR部115は、車軸1との接触で嵌合面112の大鍔側にエッジロードが負荷されるのを防止すると共に、図示しない後蓋15又は油切り16(図4参照)との接触で大鍔側端面119にエッジロードが負荷されるのを防止するためのものである。
At both ends of the
R部115の相互間には、円筒面状のストレート部116が形成され、小鍔側のR部115とストレート部116の境界部分にクラウニング部117を設けてある。
A cylindrical
クラウニング部117は、その軸線方向(Y軸方向)断面における輪郭線が下記の式(12)で表される対数曲線になっている。
The crowning
但し、A=2K1Q/πLE’とする。
However, A = 2K 1 Q / πLE ′.
式(12)は、クラウニング部117を形成していない場合における内輪11のストレート部116(内径側円筒面)上の任意の位置に原点Oをとり、内輪11の軸線方向にY軸、内輪11の半径方向にZ軸をとったYZ座標系において、YZ座標(a−K2a,0)を頂点とする左右線対称の曲線を表している(図3参照)。
The expression (12) is obtained by taking the origin O at an arbitrary position on the straight portion 116 (inner diameter side cylindrical surface) of the
式(12)において、z(y)はY軸方向位置yにおけるクラウニング部117のドロップ量(Z軸方向変位)、K1はクラウニング部117の曲率を定めるパラメータ、Qは荷重、Lは車軸1に対する内輪11の有効接触部のY軸方向長さ(図5参照)、E’は等価弾性係数、zmは有効接触部の端部におけるドロップ量、aは原点Oから有効接触部の端部までのY軸方向長さ、K2は原点Oから有効接触部の端部までのY軸方向長さaに対するクラウニング部117のY軸方向長さym(図5参照)の割合である。
In equation (12), z (y) is the drop amount (displacement in the Z-axis direction) of the
なお、内輪11の有効接触部は、車軸1に対する内輪11の二次元接触を仮定したときの接触領域で、そのY軸方向長さLは、内輪11にクラウニング部117を形成していないと仮定したときのストレート部116のY軸方向長さと同じである。
The effective contact portion of the
原点Oは、内輪11の内径側円筒面の母線上(その延長線上を含む。)の任意の位置にとることができ、図5では、便宜上、内輪11の有効接触部の中央部に原点Oをとっている。この実施形態では、クラウニング部117を形成していない場合における各R部115のY軸方向長さが等しいので、有効接触部の中央部と内輪11のY軸方向中央部は一致している。
The origin O can be set at an arbitrary position on the generatrix (including its extension) on the inner diameter side cylindrical surface of the
クラウニング部117のY軸方向長さymは、式(12)の曲線の頂点O1から有効接触部の端部までの長さである。この実施形態では、内輪11の端部にR部115を設けてあり、クラウニング部117を有効接触部の端部からR部115との交点Isまで延長してあるので、ymが実際のクラウニング部117のY軸方向長さよりも短くなっている。
The length y m of the
式(12)におけるQ,L,E’は設計条件として与えられ、aは原点Oの位置によって定められる。他方、K1,K2,zmは設計パラメータとして使用され、これらの値は、内輪11の嵌合面112にエッジロードが負荷されないように適宜設定される。この実施形態では、車軸1の軸径d(図4参照)に対するクラウニング部117の最大ドロップ量zmの割合をZ、有効接触部のY軸方向長さLに対するクラウニング部117のY軸方向長さymの割合をL’とし、Z≧(0.4L’+0.083)×10-3を満たすように、式(12)の設計パラメータK1,K2,zmを設定してある。
Q, L, and E ′ in Expression (12) are given as design conditions, and a is determined by the position of the origin O. On the other hand, K 1 , K 2 , and z m are used as design parameters, and these values are appropriately set so that the edge load is not applied to the
図6は、式(12)に適当な設計パラメータK2,zmを与え、設計パラメータK1を変化させて得られる複数のクラウニング曲線を示すものである。詳しくは、車軸1の軸径d、有効接触部のY軸方向長さL、荷重Q、ミスアライメントが下記の表1のようになっている場合について、K2=1,zm=50μmとし、K1を10〜200までの範囲で変化させたときのクラウニング曲線である。
FIG. 6 shows a plurality of crowning curves obtained by giving appropriate design parameters K 2 and z m to Equation (12) and changing the design parameter K 1 . Specifically, in the case where the shaft diameter d of the
なお、ミスアライメントは、例えば両端が2つの軸受で支持された軸系において、両端の軸受中心が軸心に対して半径方向にずれて取り付けられることなどによって、軸と軸受が相対的に傾斜している度合いを示すものである。
Misalignment is caused, for example, in a shaft system in which both ends are supported by two bearings, and the shaft and the bearing are relatively inclined due to the fact that the bearing centers at both ends are mounted so as to be displaced in the radial direction with respect to the shaft center. It shows the degree of being.
図6によると、K1が概ね40以上になると、式(12)で表されるクラウニング曲線にそれ程大きな変化が表れないことが分かる。したがって、K1は下限値を40とすることができる。 According to FIG. 6, it can be seen that when K 1 is approximately 40 or more, the crowning curve represented by the equation (12) does not change so much. Therefore, K 1 can have a lower limit value of 40.
図7乃至図16は、K2を0.1〜1.0の範囲でパラメータとして扱い、横軸にzmを、縦軸にK1をとって車軸1と内輪11の最大接触面圧Pmaxの計算結果を等圧線図として示したものである。図7乃至図16から明らかなように、K1が概ね40以上であれば、車軸1と内輪11の最大接触面圧Pmaxに大きな変化が表れないので、K1をその下限値である40とすることができる。
7 to 16 show that K 2 is treated as a parameter in the range of 0.1 to 1.0, z m on the horizontal axis and K 1 on the vertical axis, and the maximum contact surface pressure P between the
図7乃至図16によると、K2が大きくなるにつれて最大接触面圧Pmaxの小さい領域が広がっている。但し、K2が大きくても最大ドロップ量zmが小さいと、最大接触面圧Pmaxが増大して良い結果が得られない。なお、図7乃至図16において、zmが小さい場合に、最大接触面圧Pmaxが増大しているのは、内輪11にエッジロードが発生しているからである。他方、図8乃至図14において、zmが大きい場合に最大接触面圧Pmaxが増大しているのは、zmの増加に伴ってクラウニング部117の曲率が大きくなったための面圧増加で、エッジロードの発生によるものではない。
According to FIGS. 7 to 16, the region where the maximum contact surface pressure P max is small increases as K 2 increases. However, even if K 2 is large, if the maximum drop amount z m is small, the maximum contact surface pressure P max increases and a good result cannot be obtained. In FIGS. 7 to 16, the maximum contact surface pressure P max increases when z m is small because an edge load is generated in the
図17は、K1=40とし、K2,zmと最大接触面圧Pmaxとの関係を表す等圧線図である。図17によれば、K1=40とした場合、K2は概ね0.2以上必要であり、K2が大きくなるほどzmの最小値も大きくなることが分かる。すなわち、内輪11にエッジロードが負荷されないようなK2,zmの座標領域が存在していることが分かる。そして、クラウニング部117の軸方向長さymを決定すれば、上記の座標領域に基づいて、内輪11にエッジロードが負荷されないようなzmの最小値を求めることができる。
FIG. 17 is an isobaric diagram showing the relationship between K 2 , z m and the maximum contact surface pressure P max where K 1 = 40. As can be seen from FIG. 17, when K 1 = 40, K 2 needs to be approximately 0.2 or more, and the minimum value of z m increases as K 2 increases. That is, it can be seen that there is a coordinate region of K 2 and z m so that the edge load is not applied to the
図18は、クラウニング部117の軸方向長さymと、これに対応する最大ドロップ量zmの最小値との関係を、クラウニング部117の軸径dに対する最大ドロップ量zmの割合Zと、有効接触部のY軸方向長さLに対するクラウニング部117の軸方向長さymの割合L’とを用いて表したものである。図18において、L’=0は内輪11の有効接触部全幅に亘ってストレート部116が形成されている状態を表し、L’=1は内輪11の有効接触部全幅に亘ってクラウニング部117が形成されている状態を表している。図18によれば、0.1<L’<0.6の範囲で、軸径dに対する最大ドロップ量zmの割合Zを、Z≧(0.4L’+0.083)×10-3とすれば、内輪11にエッジロードが負荷されないことが分かる。このように内輪11の内径側に形成されるクラウニング部117の輪郭線形状を設定すると、内輪11の耐久性を向上できると共に、車軸1の外周面に円周方向の傷が付くのも防止することができる。
Figure 18 is an axial length y m of the
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は上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。例えば上記実施形態では、内輪11の嵌合面112のうち小鍔部113側にのみクラウニング部117を設けてあるが、図19に示すように、内輪11の嵌合面112には左右対称的にクラウニング部117,117を設けることも可能である。この場合、内輪11の有効接触部のY軸方向長さLに対する各クラウニング部117,117のY軸方向長さymの割合L’は、0.1<L’≦0.5の範囲内で設定される。L’=0.5のとき、各クラウニング部117,117のY軸方向長さymが内輪11の有効接触部のY軸方向長さLの1/2となり、内輪11の有効接触部の全域にクラウニング部117,117が形成されるフルクラウニングとなる。この場合、クラウニング部117,117の相互間にストレート部116は形成されず、内輪11の内径面全体が膨らみを持つ。
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 embodiment, the crowning
また、上記実施形態では、本発明を鉄道車両の車軸支持に使用される複列円すいころ軸受に適用した場合について説明しているが、本発明は、ボール、針状ころ又は円筒ころなどの転動体を内輪及び外輪間に単列又は複列で配設した他の転がり軸受にも適用可能であり、また、鉄道車両の車軸支持を除く他の用途に使用される他の転がり軸受にも適用可能である。詳しくは、内輪11を嵌合させる軸が撓むように大きな荷重が負荷される用途、即ちミスアライメント状態で使用される用途であれば、如何なる用途にも適用可能である。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a double-row tapered roller bearing used for supporting an axle of a railway vehicle has been described. However, the present invention is not limited to a roller such as a ball, a needle roller, or a cylindrical roller. Applicable to other rolling bearings in which moving bodies are arranged in a single or double row between inner and outer rings, and also applicable to other rolling bearings used for other purposes except axle support for railway vehicles Is possible. Specifically, the present invention can be applied to any application as long as it is an application in which a large load is applied so that the shaft for fitting the
1 車軸
11 内輪
12 外輪
13 円すいころ(転動体)
14 保持器
15 後蓋
16 油切り
17 シール装置
17a 弾性体シール
18 スペーサ部材
111 軌道面
112 嵌合面
113 小鍔部
114 大鍔部
115 R部
116 ストレート部
117 クラウニング部
118 小鍔側端面
119 大鍔側端面
1
14
Claims (3)
但し、A=2K1Q/πLE’とし、式(I)におけるz(y)は、クラウニング部を形成していない場合における内輪の内径側円筒面上に原点をとり、内輪の軸線方向にY軸、内輪の半径方向にZ軸をとったYZ座標系において、Y軸方向位置yにおけるクラウニング部のドロップ量を意味し、また、K1はクラウニング部の曲率を定めるパラメータ、Qは荷重、Lは軸に対する内輪の有効接触部のY軸方向長さ、E’は等価弾性係数、zmは有効接触部端部のドロップ量、aは原点から有効接触部の端部までのY軸方向長さ、K2は原点から有効接触部の端部までのY軸方向長さaに対するクラウニング部のY軸方向長さの割合である。 An inner ring to be fitted to the shaft, an outer ring, and a plurality of rolling elements interposed between the inner ring and the outer ring so as to be freely rollable. A contour line in an axial section of the inner ring is represented by the formula (I) on the inner diameter side of the inner ring. A rolling bearing characterized by providing a crowning portion having a logarithmic curve represented by:
However, it is assumed that A = 2K 1 Q / πLE ′, and z (y) in the formula (I) takes the origin on the inner cylindrical surface of the inner ring when the crowning portion is not formed, and Y in the axial direction of the inner ring In the YZ coordinate system having the Z axis in the radial direction of the shaft and inner ring, it means the drop amount of the crowning portion at the position y in the Y axis direction, K 1 is a parameter that determines the curvature of the crowning portion, Q is the load, L Is the length in the Y-axis direction of the effective contact portion of the inner ring with respect to the shaft, E ′ is the equivalent elastic modulus, z m is the drop amount at the end of the effective contact portion, and a is the length in the Y-axis direction from the origin to the end of the effective contact portion. K 2 is the ratio of the length in the Y-axis direction of the crowning portion to the length a in the Y-axis direction from the origin to the end of the effective contact portion.
但し、L’は内輪の有効接触部のY軸方向長さLに対するクラウニング部のY軸方向長さの割合とする。 The rolling bearing according to claim 1, wherein the ratio Z of the drop amount z m of the effective contact portion end with respect to the shaft diameter is set to be Z ≧ (0.4L ′ + 0.083) × 10 −3 .
However, L ′ is the ratio of the length in the Y-axis direction of the crowning portion to the length L in the Y-axis direction of the effective contact portion of the inner ring.
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