JP2006153285A - Bearing unit - Google Patents
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- F16C2326/00—Articles relating to transporting
- F16C2326/10—Railway vehicles
Abstract
Description
この発明は、軸受ユニットに関し、特に、軸受の端面に当接して該軸受を回転軸に固定するバッキングリングを備えた軸受ユニットにおいて、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の磨耗を低減できるようにしたものである。 The present invention relates to a bearing unit, and in particular, in a bearing unit having a backing ring that abuts against an end surface of the bearing and fixes the bearing to a rotating shaft, wear of contact surfaces between the bearing end surface and the backing ring can be reduced. It is a thing.
近年、陸上輸送の高速化に伴い、鉄道車両においても、車軸用軸受の連続使用時間を延長したいという要求がある。つまり、保守点検の頻度を低減できる軸受ユニットの開発要求がある。
そして、かかる要求に対して従来は、シール構造を改良することにより、軸受外部からの異物の侵入を極力防止する、或いは、軸受が固定されるハウジング端面を軸受と同じ材質にするとともに、焼入れ処理を施してその硬度を上げることにより、微小磨耗による微粉発生を抑制して潤滑剤としてのグリースの劣化を防止する、等の改善を図っていた。
In recent years, with the increase in speed of land transportation, there is a demand for extending the continuous use time of axle bearings also in a railway vehicle. In other words, there is a demand for developing a bearing unit that can reduce the frequency of maintenance and inspection.
In response to such demands, conventionally, the seal structure has been improved to prevent entry of foreign matter from the outside of the bearing as much as possible, or the housing end surface to which the bearing is fixed is made of the same material as the bearing and is subjected to quenching treatment. In order to improve the hardness, the generation of fine powder due to minute wear is suppressed and deterioration of grease as a lubricant is prevented.
確かに、上記のような方策を施せばそれに応じて軸受内部やグリースへの金属粉等の混入を低減することはできるが、軸受ユニットの保守点検の頻度の飛躍的な低減は達成されていないのが現状である。
即ち、例えば鉄道車両の車軸用の軸受のように高い剛性と耐衝撃性とが要求される軸受には、複列の円筒ころ軸受や背面組合せの円錐ころ軸受が適用され、そのような軸受が一本の車軸に対して二組ずつ使用される。そして、各車軸には10トン前後のラジアル荷重が負荷されるため、車軸自体が、軸に対して垂直方向に撓みながら回転する所謂ベンディングという現象が発生する。
Certainly, if measures such as those mentioned above are taken, the mixing of metal powder into the bearing and grease can be reduced accordingly, but a dramatic reduction in the frequency of maintenance and inspection of the bearing unit has not been achieved. is the current situation.
That is, for example, double-row cylindrical roller bearings and back-side conical roller bearings are applied to bearings that require high rigidity and impact resistance, such as bearings for railway vehicle axles. Two sets are used for one axle. Since each axle has a radial load of about 10 tons, a so-called bending phenomenon occurs in which the axle itself rotates while being bent in a direction perpendicular to the axis.
すると、軸受を車軸に固定するために軸受内輪等の端面に当接するバッキングリングと内輪端面との接触面の応力が、ベンディングの影響により周期的に変動することになり、その応力変動によって接触面に微小磨耗(フレッティング)が生じてしまうのである。これに対し、軸受のシールは、その微小磨耗が生じる接触面の外側に配設されるため、フレッティングで発生した金属の磨耗粉が軸受内側に混入することを防ぐことはできないのである。そして、その磨耗粉が軸受内に多量に混入した状態を放置してしまうと、軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招き円滑な回転が維持できなくなってしまう。このため、頻繁な保守点検が必要なのである。
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、保守点検の頻度を大幅に低減することができる軸受ユニットを提供することを目的としている。
Then, in order to fix the bearing to the axle, the stress on the contact surface between the backing ring that contacts the end surface of the bearing inner ring or the like and the end surface of the inner ring fluctuates periodically due to the effect of bending. This causes minute wear (fretting). On the other hand, since the seal of the bearing is disposed outside the contact surface where minute wear occurs, it is impossible to prevent the metal wear powder generated by fretting from entering the inside of the bearing. If a state where a large amount of the wear powder is mixed in the bearing is left unattended, the surface of the raceway becomes rough and the grease deteriorates, so that smooth rotation cannot be maintained. For this reason, frequent maintenance inspections are necessary.
The present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and an object of the present invention is to provide a bearing unit that can greatly reduce the frequency of maintenance and inspection.
上記目的を達成するために、本発明は、回転軸を支持する軸受と、この軸受の端面に当接して該軸受を前記回転軸に固定するバッキングリングと、を備えた軸受ユニットにおいて、前記軸受の端面と前記バッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設けた。
なお、上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面とバッキングリングとの間に、それらの間に生じる応力変動を吸収する応力変動吸収層を介在させることが考えられる。即ち、軸受端面とバッキングリングとの間に介在させた応力変動吸収層によって、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の応力変動が吸収されるので、フレッティングの発生が抑制される。
In order to achieve the above object, the present invention provides a bearing unit comprising: a bearing that supports a rotating shaft; and a backing ring that abuts against an end surface of the bearing and fixes the bearing to the rotating shaft. A stress fluctuation effect reducing structure for reducing the influence of the stress fluctuation between the end face of the substrate and the backing ring is provided.
In addition, as the said stress fluctuation influence reduction structure, it is possible to interpose the stress fluctuation absorption layer which absorbs the stress fluctuation which arises between them, for example between the end surface of a bearing and a backing ring. That is, the stress fluctuation absorbing layer interposed between the bearing end face and the backing ring absorbs the stress fluctuation on the contact surface between the bearing end face and the backing ring, and thus the occurrence of fretting is suppressed.
ここで、応力変動吸収層の具体例としては、軸受の材質及びバッキングリングの材質の双方よりも硬度の低い材質からなる層が考えられる。かかる硬度の低い材質としては、銀,鉛,亜鉛,錫等の軟質金属が適用できる。
応力変動吸収層の他の具体例としては、軸受の材質及びバッキングリングの材質の双方よりも弾性力が小さく降伏点のある材質からなる層が考えられる。かかる弾性力が小さく降伏点のある材質としては、ゴムやプラスチックに代表される高分子エラストマー等が適用できる。
Here, as a specific example of the stress fluctuation absorbing layer, a layer made of a material having lower hardness than both the material of the bearing and the material of the backing ring can be considered. As such a low hardness material, soft metals such as silver, lead, zinc and tin can be applied.
As another specific example of the stress fluctuation absorbing layer, a layer made of a material having a lower elastic force and a yield point than both the material of the bearing and the material of the backing ring can be considered. As a material having such a small elastic force and a yield point, a polymer elastomer represented by rubber or plastic can be used.
また、応力変動吸収層のその他の具体例としては、自己潤滑性を有する材質からなる層が考えられる。かかる自己潤滑性を有する材質としては、固体潤滑剤を含有した摺動性樹脂等が適用でき、例えば、4フッ化エチレン、二硫化モリブデン、ポリエチレン等の固体潤滑剤や、摺動性を付与した高分子エラストマー等が適用できる。
そして、上記のような応力変動吸収層は、バッキングリングの軸受端面に当接する部分の表面に被膜として設けることができる。例えば、上記のような軟質金属であればメッキ処理により設けることができる。
As another specific example of the stress fluctuation absorbing layer, a layer made of a material having self-lubricating property can be considered. As such a self-lubricating material, a slidable resin containing a solid lubricant can be applied. For example, a solid lubricant such as ethylene tetrafluoride, molybdenum disulfide, and polyethylene, and slidability are imparted. A polymer elastomer or the like can be applied.
The stress fluctuation absorbing layer as described above can be provided as a coating on the surface of the portion that contacts the bearing end surface of the backing ring. For example, the soft metal as described above can be provided by plating.
さらに、応力変動吸収層のその他の具体例としては、4フッ化エチレン等のフッ素化合物をマトリックス(母体)とし、その中に耐磨耗性粒子を配合したシートが考えられ、そのようなシートを、軸受の端面やバッキングリングの金属表面に張り合わせることにより応力変動影響低減構造を実現することができる。
ここで、耐磨耗性粒子としては、例えば住友化学株式会社製のエコノール(商品名)、ユニチカ株式会社製のユニベックス(商品名)、鐘紡株式会社製のベルパール(商品名)、デュポン社製のポリイミド、日本カーボン社製の球状カーボン、及び炭酸カルシウム、グラファイト等のように、これらを取り囲むマトリックス層より硬いものであれば適用可能である。
Furthermore, as another specific example of the stress fluctuation absorbing layer, a sheet in which a fluorine compound such as ethylene tetrafluoride is used as a matrix (matrix) and wear-resistant particles are blended therein can be considered. The structure for reducing the effect of stress fluctuations can be realized by bonding to the end face of the bearing or the metal surface of the backing ring.
Here, as the wear-resistant particles, for example, Econol (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Universex (trade name) manufactured by Unitika Co., Ltd., Bell Pearl (trade name) manufactured by Kanebo Co., Ltd., DuPont As long as it is harder than the matrix layer surrounding these, such as polyimide, spherical carbon made by Nippon Carbon Co., Ltd., calcium carbonate, graphite, etc., it is applicable.
耐磨耗性粒子のマトリックス層に対する配合比率は、2〜60wt%が望ましく、好適には、5〜40wt%、さらに好適には、10〜30wt%である。上記シートの厚みとしては、10〜1000μmが望ましい。10μmに満たない程度では、応力変動の吸収効果が不十分で、フレッティング発生までの時間を十分に長くできない。逆に、1000μmを越えると、軸受ユニットの寸法公差に与える影響が無視できなくなってしまう。 The blending ratio of the wear-resistant particles to the matrix layer is desirably 2 to 60 wt%, preferably 5 to 40 wt%, and more preferably 10 to 30 wt%. The thickness of the sheet is preferably 10 to 1000 μm. If it is less than 10 μm, the effect of absorbing the stress fluctuation is insufficient, and the time until fretting occurs cannot be made sufficiently long. On the contrary, if it exceeds 1000 μm, the influence on the dimensional tolerance of the bearing unit cannot be ignored.
また、本発明における他の上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接するバッキングリング端面の硬度を上げることが考えられる。より具体的には、そのバッキングリング端面の硬度を、これと接触する軸受端面の硬度と同等又はそれ以上とすることにより、応力変動影響低減構造が得られる。つまり、バッキングリング端面の硬度を上げれば、応力変動に対する耐性が上がるから、その応力変動のバッキングリング端面への影響が低減され、そのバッキングリングにおけるフレッティングの発生が抑制される。 In addition, as another structure for reducing the influence of stress fluctuation in the present invention, for example, it is conceivable to increase the hardness of the end surface of the backing ring that contacts the end surface of the bearing. More specifically, the stress fluctuation effect reducing structure can be obtained by setting the hardness of the end surface of the backing ring to be equal to or higher than the hardness of the bearing end surface in contact therewith. That is, if the hardness of the end face of the backing ring is increased, resistance to stress fluctuations is increased, so that the influence of the stress fluctuations on the end face of the backing ring is reduced, and the occurrence of fretting in the backing ring is suppressed.
バッキングリング端面の硬度を上げる具体例としては、そのバッキングリング端面にクロムメッキを施す、チタン化合物等をコーティングすること等が考えられるが、特に摺動性に優れたTiC(チタンカーボン)をコーティングすることが、フレッティング防止の点からも優れている。クロムメッキは、低温で電解して、バッキングリングの表面に黒色クロム酸化物を形成させるものでもよい。また、チタン化合物としては、TiN(チタンナイトライド)、TiCN(チタンカーボンナイトライド)等の複合物であってもよい。これらの高硬度層は、メッキの他に、イオンプレーティング,CVD,スパッタリング等の各手法により形成することができる。さらに、それら高硬度薄層の上に、4フッ化エチレン,2フッ化エチレン等の複合層を形成してもよい。 Specific examples of increasing the hardness of the end surface of the backing ring include chrome plating on the end surface of the backing ring and coating with a titanium compound, etc., but coating with TiC (titanium carbon) that is particularly excellent in slidability. This is also excellent in terms of preventing fretting. The chromium plating may be performed by electrolysis at a low temperature to form black chromium oxide on the surface of the backing ring. Moreover, as a titanium compound, composites, such as TiN (titanium nitride) and TiCN (titanium carbon nitride), may be sufficient. These high hardness layers can be formed by various methods such as ion plating, CVD, and sputtering in addition to plating. Furthermore, a composite layer such as tetrafluoroethylene and ethylene difluoride may be formed on the high hardness thin layer.
この高硬度層の厚みは、0.3〜20μmであることが、バッキングリング端面のフレッティング防止の点からは望ましい。例えば、イオンプレーティング,CVDによって形成したTiC層であれば、0.3〜3μmが特に望ましく、クロムメッキであれば、0.5〜20μmが望ましい。これら高硬度層の厚みが望ましい範囲の下限値に満たない場合には、フレッティング発生までの時間を十分に長くできない。逆に、上限値を越えてしまうと、剥離等の別の悪影響が生じてしまう。 The thickness of the high hardness layer is preferably 0.3 to 20 μm from the viewpoint of preventing fretting of the end surface of the backing ring. For example, 0.3 to 3 μm is particularly desirable for a TiC layer formed by ion plating or CVD, and 0.5 to 20 μm is desirable for chrome plating. If the thickness of these high hardness layers is less than the lower limit of the desired range, the time until the occurrence of fretting cannot be made sufficiently long. Conversely, if the upper limit is exceeded, other adverse effects such as peeling will occur.
バッキングリング端面の硬度を上げる他の具体例としては、或いは、そのバッキングリング端面そのものの硬度を上げることが考えられる。例えば、バッキングリング表面に対して、浸炭窒化処理,浸炭処理,浸硫化処理、浸浴窒化処理等を施すことにより、その表面の硬度を上げることができる。これら浸炭窒化処理等は、200μm程度の深さまで高硬度層を形成することができる。 As another specific example of increasing the hardness of the backing ring end face, or increasing the hardness of the backing ring end face itself can be considered. For example, the surface hardness can be increased by subjecting the backing ring surface to carbonitriding, carburizing, sulfurizing, or bath nitriding. These carbonitriding treatments and the like can form a high hardness layer to a depth of about 200 μm.
また、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、例えば、軸受の端面に当接するバッキングリング端面を、その軸受の端面のエッジ部に接触しないようなエッジ非接触形状に加工することが考えられる。つまり、軸受の端面とバッキングリングとの間の応力は、主として軸受端面のエッジ部に集中し、バッキングリング端面のうち軸受端面のエッジ部と接触する部分がフレッティングの起点となるため、そのエッジ部とバッキングリングとの接触をなくせば、応力変動のバッキングリング端面への影響が低減され、そのバッキングリングにおけるフレッティングの発生が抑制される。 In addition, as another structure for reducing the influence of stress fluctuation in the present invention, for example, the backing ring end face that contacts the end face of the bearing is processed into an edge non-contact shape that does not contact the edge portion of the end face of the bearing. Conceivable. That is, the stress between the bearing end surface and the backing ring is mainly concentrated on the edge portion of the bearing end surface, and the portion of the backing ring end surface that contacts the edge portion of the bearing end surface becomes the starting point of fretting. If the contact between the portion and the backing ring is eliminated, the influence of the stress fluctuation on the end surface of the backing ring is reduced, and the occurrence of fretting in the backing ring is suppressed.
エッジ非接触形状の具体例としては、バッキングリング端面にクラウニング加工を施して、バッキングリング厚さ方向中央部が盛り上がるような丸みを付けることが考えられる。即ち、軸受の内輪等の端面には、その内周側及び外周側のそれぞれにチャンファ(面取り部)が形成されるのが通常であり、その端面の平面部分とチャンファとの境界部分にエッジ部が形成されるから、そのエッジ部を逃げるようにバッキングリング端面に丸みを付ければ、上記のエッジ非接触形状が得られるのである。 As a specific example of the edge non-contact shape, it can be considered that the end surface of the backing ring is crowned so that the central portion in the thickness direction of the backing ring is raised. That is, chamfers (chamfered portions) are usually formed on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the end surface of the inner ring or the like of the bearing, and the edge portion is formed at the boundary between the flat portion of the end surface and the chamfer. Therefore, if the backing ring end face is rounded so as to escape the edge portion, the above-mentioned edge non-contact shape can be obtained.
また、エッジ非接触形状の他の具体例としては、軸受端面のエッジ部を逃げるように、バッキングリング端面をテーパ形状とすることが考えられる。即ち、バッキングリング端面の厚さ方向の中央部は、軸受端面に当接する平面部とするとともに、バッキングリング端面の軸受端面エッジ部に対向する部分よりも若干中央部側から端部に至る間(つまり、バッキングリング端面の軸受端面チャンファ部に対向する部分よりも若干拾い部分)を、端部に近づくに従って軸受端面から離れるような斜面とすれば、上記のエッジ非接触形状が得られるのである。 Further, as another specific example of the edge non-contact shape, it is conceivable that the backing ring end face is tapered so as to escape the edge portion of the bearing end face. That is, the central portion in the thickness direction of the backing ring end surface is a flat portion that abuts the bearing end surface, and is slightly closer to the end portion from the central side than the portion facing the bearing end surface edge portion of the backing ring end surface ( That is, the edge non-contact shape described above can be obtained if the portion of the backing ring end surface that is slightly picked up from the portion facing the bearing end surface chamfer portion is inclined so as to move away from the bearing end surface as it approaches the end portion.
さらに、エッジ非接触形状は、バッキングリング側に形成しなくても、軸受側に形成してもよい。つまり、軸受の端面に例えばクラウニング加工を施すことにより丸みを付けて、その軸受端面のエッジ部がバッキングリング端面に当接しないようにしてもよい。同様に、軸受の端面をテーパ形状とすることにより、軸受端面のエッジ部がバッキングリング端面に当接しないようにしてもよい。軸受端面をテーパ形状とする場合、そのテーパ面が始まる部分な滑らかな屈曲にすることが望ましい。 Further, the edge non-contact shape may be formed on the bearing side without being formed on the backing ring side. That is, the end surface of the bearing may be rounded by, for example, crowning so that the edge portion of the bearing end surface does not contact the backing ring end surface. Similarly, the end surface of the bearing may be tapered so that the edge portion of the bearing end surface does not come into contact with the backing ring end surface. When the end face of the bearing is tapered, it is desirable to have a smooth bend where the tapered surface begins.
さらに、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、上記の応力変動吸収層と、上記のエッジ非接触形状との両方を組み合わせたものであってもよい。つまり、バッキングリング端面又は軸受端面の形状を、その軸受の端面のエッジ部がバッキングリング端面に接触しないようなエッジ非接触形状に加工するとともに、バッキングリングの端面又は軸受端面の一方若しくは両方に、上記のような応力変動吸収層を形成するのであり、これによれば、応力変動吸収層とエッジ非接触形状との両方の利点が発揮され、より確実にフレッティングの発生が抑制される。 Furthermore, as another stress fluctuation effect reducing structure in the present invention, a combination of both the stress fluctuation absorbing layer and the edge non-contact shape may be used. That is, the shape of the backing ring end face or the bearing end face is processed into an edge non-contact shape such that the edge portion of the bearing end face does not contact the backing ring end face, and one or both of the backing ring end face and the bearing end face are The stress fluctuation absorbing layer as described above is formed. According to this, the advantages of both the stress fluctuation absorbing layer and the edge non-contact shape are exhibited, and the occurrence of fretting is more reliably suppressed.
また、本発明におけるその他の上記応力変動影響低減構造としては、上記のバッキングリング端面の硬度を上げる構造と、上記のエッジ非接触形状との両方を組み合わせたものであってもよい。つまり、バッキングリング端面又は軸受端面の形状を、その軸受の端面のエッジ部がバッキングリング端面に接触しないようなエッジ非接触形状に加工するとともに、そのバッキングリングの端面の硬度を上記のように上げれば、端面硬度を上げた点とエッジ非接触形状との両方の利点が発揮され、より確実にフレッティングの発生が抑制される。 In addition, as another structure for reducing the effect of stress fluctuation in the present invention, a structure that increases the hardness of the backing ring end face and the edge non-contact shape may be combined. In other words, the shape of the backing ring end face or the bearing end face is processed into an edge non-contact shape so that the edge portion of the end face of the bearing does not contact the backing ring end face, and the hardness of the end face of the backing ring can be increased as described above. For example, the advantages of both the increased end face hardness and the edge non-contact shape are exhibited, and the occurrence of fretting is more reliably suppressed.
以上説明したように、本発明によれば、軸受の端面とバッキングリングとの間の応力変動の影響を低減する応力変動影響低減構造を設けたため、それら軸受端面とバッキングリングとの接触面の応力変動の影響を低減でき、フレッティングの発生が抑制されるから、軌道輪の軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招くことがなく、保守点検の頻度を低減できるという効果がある。よって、本発明に係る軸受ユニットは、車軸用軸受に好適である。 As described above, according to the present invention, since the stress fluctuation effect reducing structure for reducing the influence of the stress fluctuation between the bearing end face and the backing ring is provided, the stress on the contact face between the bearing end face and the backing ring is reduced. Since the influence of fluctuations can be reduced and the occurrence of fretting is suppressed, there is an effect that the frequency of maintenance and inspection can be reduced without causing roughening of the raceway surface of the raceway or deterioration of grease. Therefore, the bearing unit according to the present invention is suitable for an axle bearing.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の構成を示す軸受ユニットの断面図であり、先ず、構成を説明すると、この軸受ユニットは鉄道車両の車軸用軸受ユニットであって、回転軸としての車軸1を回転自在に支持する軸受2を有している。なお、軸受2は、転動体2aとして二列の円錐ころを有する背面組合せの複列円錐ころ軸受であり、転動体2aの各列毎に設けられ且つ中間に間座2bを挟み込んだ二列の内輪2c,2dと、転動体2aの各列で共通の外輪2eと、転動体2aの各列毎に設けられた保持器2fと、から構成されていて、間座2bを挟んだ状態の内輪2c,2dが車軸1の先端部分に外嵌している。なお、外輪2eの軸方向中央部の適所には、グリース供給口2gが形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a bearing unit showing a configuration of a first embodiment of the present invention. First, the configuration will be described. This bearing unit is a bearing unit for an axle of a railway vehicle, and serves as a rotating shaft. A
そして、車軸1の先端面には、周方向外側に張り出すフランジ部3Aを備えたキャップ3が複数のボルト4によって回転方向に一体に固定されていて、そのフランジ部3Aの軸受2側を向く面に一方のバッキングリング5Aの端面が当接し、そのバッキングリング5Aの他方の端面が、軸受端面としての一方の内輪2cの端面に当接している。
一方、車軸1の軸受2が固定される位置よりも車軸1中央部寄りには、中央部側が拡径するテーパ部1A及び大径部1Bが形成され、テーパ部1Aに他方のバッキングリング5Bが外嵌するとともに、そのバッキングリング5Bの内端部が、大径部1Bの先端側段差部1Cに当接するようになっていて、そのバッキングリング5Bの先端面が、軸受端面としての他方の内輪2dの端面に当接している。
And the
On the other hand, a taper portion 1A and a large-diameter portion 1B whose diameter increases at the center portion side are formed closer to the center portion of the axle 1 than a position where the
また、外輪2eのキャップ3側の端面と大径部1B側端面とのそれぞれには、外輪2eから離れるに従って段階的に縮径する肉薄円筒形のガイド部材6A,6Bが固定されていて、一方のガイド部材6Aの先端部は、極僅かな隙間を開けてフランジ部3Aの外周面を包囲し、他方のガイド部材6Bの先端部は、極僅かな隙間を開けてバッキングリング5Bの外周面を包囲している。
Further, thin
そして、バッキングリング5Aの中央部外周面とガイド部材6Aの中央部内周面との間に、オイルシール7Aが配設され、バッキングリング5Bの中央部外周面とガイド部材6Bの中央部内周面との間に、オイルシール7Bが配設されている。かかるオイルシール7A,7Bにより、軸受2の外部から内部への微粉等の侵入を防止している。
かかる軸受2の車軸1への取り付けは、車軸1の先端側から、バッキングリング5B,軸受2,バッキングリング5Aをこの順に嵌め込んだ後に、その車軸1の先端面にキャップ3を取り付け、ボルト4を締め付けることにより行われる。なお、これが車軸用軸受ユニットであり、軸受2には車両重量を支えるために大きなラジアル荷重が負荷されることから、軸受2には、ボルト4,キャップ3及び軸受2の両端面に当接するバッキングリング5A,5Bを介して、軸方向に数トンの圧入力を加えるようになっており、その圧入力により軸受2を車軸1に固定するようになっている。
An
The
そして、本実施の形態の軸受ユニットにあっては、バッキングリング5Aの内輪2c端面に当接する端面5aと、バッキングリング5Bの内輪2d端面に当接する端面5bとのそれぞれに、軸に沿った方向の応力の変動を吸収する応力変動吸収層としての被膜を形成している。
なお、実際には一本の車軸1に対して図1に示すような軸受2が両端部それぞれに配設されるが、同様の構造であるためその図示及び説明は省略する。
In the bearing unit of the present embodiment, the direction along the axis of each of the
In practice,
次に、本実施の形態の動作を説明する。
即ち、車軸1には10トン前後のラジアル荷重が負荷されるため、回転中の車軸1にはベンディングが発生する。すると、内輪2c端面及びバッキングリング5Aの端面5a間の応力と、内輪2d端面及びバッキングリング5Bの端面5b間の応力とが、車軸1の回転に同期して周期的に変動する。
しかし、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bには、その応力変動を吸収するための被膜を形成しているため、かかる応力変動に起因して内輪2c,2dの端面やバッキングリング5A,5Bの端面5a,5b等にフレッティングが生じてしまうことが防止される。その結果、金属の磨耗粉が軸受内に多量に混入することが避けられるから、内輪2c,2dや外輪2eの軌道面の面荒れやグリースの劣化等を招くことがなく、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるのである。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
That is, since a radial load of about 10 tons is applied to the axle 1, bending occurs on the rotating axle 1. Then, the stress between the
However, since the coating for absorbing the stress fluctuation is formed on the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B, the end faces of the
図2は本発明の第2の実施の形態における軸受ユニットの構成を示す断面図であり、図1に示した構成と同様の部材及び部位には同じ符号を付している。即ち、この図2に示す軸受ユニットは、図1に示した構成を実質的に同一であるが、バッキングリング5A,5Bを図1の場合よりも肉薄としている。そして、このような構成の軸受ユニットであっても、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに応力変動吸収層を形成することにより、フレッティング防止効果を得ることができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the bearing unit in the second embodiment of the present invention, and the same members and parts as those in the configuration shown in FIG. That is, the bearing unit shown in FIG. 2 has substantially the same configuration as that shown in FIG. 1, but the backing rings 5A and 5B are thinner than those shown in FIG. And even if it is a bearing unit of such a structure, a fretting prevention effect can be acquired by forming a stress-fluctuation absorption layer in
図3は本発明の第3の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第1の実施の形態と同様であり、上記第1の実施の形態と同様の部材,部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング5A側の構成は、この図3の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態では、バッキングリング5Bの端面5b表面に、その硬度を高くした高硬度層10を形成し、その高硬度層10が内輪2dの端面に当接するようにしている。高硬度層10は、これと当接する内輪2d端面と同等又はそれ以上の硬度を有する層であり、上述のようなメッキ処理,コーティング処理,浸炭窒化処理等によって形成される。
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a main part. In addition, the whole structure is the same as that of the said 1st Embodiment, and the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part similar to the said 1st Embodiment. Further, since the configuration on the
That is, in the present embodiment, the
このような構成であっても、内輪2d及びバッキングリング5B間の応力変動に対する端面5bの耐性が、高硬度層10を形成したことにより向上しているから、その端面5bにフレッティングが発生し難くなっている。このため、上記第1の実施の形態と同様に、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるという利点がある。
図4は本発明の第4の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第1の実施の形態と同様であり、上記第1の実施の形態と同様の部材,部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング5A側の構成は、この図4の構成と同様であるためその図示を省略している。
Even in such a configuration, since the resistance of the
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a main part. The overall configuration is the same as that of the first embodiment, and the same members and parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Also, since the configuration on the
即ち、本実施の形態では、バッキングリング5Bの端面5bに特に応力変動吸収層等は設けずに、その端面5bを所定形状に加工することにより、応力変動の影響を低減できるようにしたものである。
つまり、この実施の形態では、バッキングリング5Bの端面5bにクラウニング加工を施すことにより、その端面5bに、厚さ方向の中央部が端部に比べて盛り上がるような丸みを付けている。これにより、内輪2dの端面のチャンファ部11と平面部12との間に形成されるエッジ部13が、バッキングリング5Bの端面5bに接触しないようにしている。
That is, in this embodiment, the
That is, in this embodiment, the
このような構成であれば、内輪2dとバッキングリング5Bとの間の応力が集中するエッジ部13が端面5bに接触しないから、その応力に変動が生じたとしても、そのエッジ部13がフレッティング発生の起点になるようなことが避けられるから、応力変動の端面5bへの影響が低減され、その端面5bにおけるフレッティングの発生が抑制される。このため、上記第1の実施の形態と同様に、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が低減されるという利点がある。
With such a configuration, the
なお、端面5bのクラウニング形状は、エッジ13と端面5bとの非接触さえ確保できれば特に限定されるものではく、基準半径等は任意である。また、クラウニング加工した部位に、バレル,ショットピーニング等の加工処理を施してもよい。さらには、クラウニング加工を内輪2dの端面側に施すことにより、エッジ部13が端面5bに接触しないようにしても、本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
The crowning shape of the
図5は本発明の第5の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第1の実施の形態と同様であり、上記第1の実施の形態と同様の部材,部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング5A側の構成は、この図5の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態も、上記第4の実施の形態と同様に、端面5bを所定形状に加工することにより、応力変動の影響を低減できるようにしたものである。
FIG. 5 is a view showing a fifth embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a main part. In addition, the whole structure is the same as that of the said 1st Embodiment, and the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part similar to the said 1st Embodiment. Further, since the configuration on the
That is, in the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the influence of stress fluctuation can be reduced by processing the
つまり、この実施の形態では、端面5bの内輪2d端面のチャンファ部11と対向する部位に、端に近づくに従ってその内輪2dから離れるようなテーパ面14を形成している。ただし、テーパ面14の傾斜が始まる位置は、エッジ部13よりも若干中央部寄りとしていて、エッジ部13が、バッキングリング5Bの端面5bに接触しないようにしている。
That is, in this embodiment, a
このような構成であっても、エッジ部13が端面5bに接触しないから、上記第4の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
特に、本実施の形態であれば、端面5bにテーパ面14を形成するだけで済むから、上記各実施の形態、特に上記第4の実施の形態に比べて、コスト的に有利である。
なお、テーパ面14の形成角度等は特に限定されるものではなく、要はエッジ13と端面5bとの非接触さえ確保できればよい。また、内輪2d側をテーパ形状とすることにより、エッジ部13が端面5bに接触しないようにしても、本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
Even in such a configuration, since the
In particular, in the present embodiment, it is only necessary to form the tapered
In addition, the formation angle of the
図6は本発明の第6の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第1の実施の形態と同様であり、上記第1の実施の形態と同様の部材,部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング5A側の構成は、この図6の構成と同様であるためその図示を省略している。
即ち、本実施の形態では、バッキングリング5Bの端面5bを、上記第4の実施の形態と同様の形状とするとともに、その端面5bに、上記第1の実施の形態と同様の応力変動吸収層20を形成したものである。
FIG. 6 is a view showing a sixth embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of the main part. In addition, the whole structure is the same as that of the said 1st Embodiment, and the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part similar to the said 1st Embodiment. Further, since the configuration on the
That is, in the present embodiment, the
このような構成であれば、上記第1の実施の形態及び第4の実施の形態の両方の作用が発揮されるから、応力変動の影響が極めて小さくなるから、フレッティング発生の抑制効果が顕著になって、従来の軸受ユニットに比べて保守点検の頻度が大幅に低減されるという利点がある。
図7は本発明の第7の実施の形態を示す図であって、要部を拡大した断面図である。なお、全体の構成は上記第1の実施の形態と同様であり、上記第1の実施の形態と同様の部材,部位には同じ符号を付している。また、バッキングリング5A側の構成は、この図7の構成と同様であるためその図示を省略している。
With such a configuration, since the effects of both the first embodiment and the fourth embodiment are exhibited, the influence of stress fluctuation is extremely small, and thus the effect of suppressing the occurrence of fretting is remarkable. Thus, there is an advantage that the frequency of maintenance and inspection is greatly reduced as compared with the conventional bearing unit.
FIG. 7 is a view showing a seventh embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a main part. The overall configuration is the same as that of the first embodiment, and the same members and parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Further, since the configuration on the
即ち、本実施の形態では、バッキングリング5Bの端面5bを、上記第5の実施の形態と同様の形状とするとともに、その端面5bに、上記第1の実施の形態と同様の応力変動吸収層20を形成したものであり、このような構成であれば、上記第1の実施の形態及び第5の実施の形態の両方の作用が発揮されるから、上記第6の実施の形態と同様の作用効果が得られるし、コスト的には上記第6の実施の形態よりも有利となる。
なお、上記各実施の形態では、本発明に係る軸受ユニットを、背面組合せの複列円錐ころ軸受を有する軸受ユニットに適用した場合を説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば複列の円筒ころ軸受等の他の軸受であってもよい。
That is, in the present embodiment, the
In each of the above embodiments, the case where the bearing unit according to the present invention is applied to a bearing unit having a double-row tapered roller bearing of a back combination has been described, but the scope of application of the present invention is limited to this. Instead, other bearings such as a double row cylindrical roller bearing may be used.
また、上記第1,第2,第6,第7の実施の形態では、主としてバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに応力変動吸収層を形成した場合について説明しているが、その端面5a,5bが当接する内輪2c,2dの端面に応力変動吸収層を形成してもよいし、或いは両方に形成してもよい。即ち、第6,第7の実施の形態にあっては、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5b又は内輪2c,2dの端面を上記のようなクラウニング形状又はテーパ形状とするとともに、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5b又は内輪2c,2dの端面の一方若しくは両方に応力変動吸収層を形成すればよい。
さらに、上記第6,第7の実施の形態では、端面5a,5bに応力変動吸収層20を形成しているが、これに代えて上記第3の実施の形態のような高硬度層10を形成するようにしてもよい。
In the first, second, sixth, and seventh embodiments, the case where the stress fluctuation absorbing layer is formed mainly on the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B has been described. , 5b may be formed on the end faces of the
Further, in the sixth and seventh embodiments, the stress
以下、本発明の実施例を、本発明者等が行った実験の結果を伴って詳細に説明する。
なお、下記の実験例1〜3は、上記実施の形態における図1と同様の構成の軸受ユニットを用いるとともに、軸受2にラジアル荷重を負荷した状態でモータ駆動により車軸1を回転させることにより、車軸1に強制的にベンディングを引き起し、所定時間(50時間,100時間,200時間,300時間,400時間,500時間,1000時間)経過毎に、内輪2c,2dの端面及びバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bを観察してフレッティングの発生を評価するとともに、1000時間経過後に、内輪2c,2dの端面の表面プロファイルを粗さ測定器(株式会社東京精密製)で磨耗深さを測定した。また、比較例として、端面5a,5bに応力変動吸収層を形成しない軸受2についても、同様の実験を行った。実験条件は、
ラジアル荷重:5000kgf
アキシャル荷重:1500kgf
回転数:2000rpm
荷重負荷間隔:5秒オン、25秒オフの繰り返し
である。表面の観察結果の一部を表1に示し、磨耗深さ測定結果の一部を表2に示すとともに、応力変動吸収層の膜厚と軸受2の耐久時間との関係を、図8にグラフで示した。
Examples of the present invention will be described below in detail with the results of experiments conducted by the present inventors.
The following Experimental Examples 1 to 3 use a bearing unit having the same configuration as that in FIG. 1 in the above embodiment, and rotate the axle 1 by driving the motor while a radial load is applied to the
Radial load: 5000kgf
Axial load: 1500kgf
Rotation speed: 2000rpm
Load load interval: 5 seconds on and 25 seconds off. A part of the surface observation result is shown in Table 1, a part of the wear depth measurement result is shown in Table 2, and the relationship between the thickness of the stress fluctuation absorbing layer and the durability time of the
〔実験例1〕
バッキングリング5A,5Bの材質をS45Cとするとともに、その各部の寸法を、内径120mm、外径170mm、長さ70mmとし、内輪2c,2d端面との接触面積を約2300mm2 とした。
そして、かかるバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに、応力変動吸収層としての銀被膜を、メッキ処理により2μm〜50μm形成した。具体的には、端面5a,5bを除く部分をクロロプレン系マスキング剤で被覆し、アルカリ脱脂、酸洗浄を行った後に、銅のストライクメッキを1μm施し、そして、端面5a,5b表面に、電解メッキにより、銀被膜を施した。なお、銀被膜の膜厚は、単位面積当たりの電解電流と電解時間を制御することで、膜厚の異なる銀被膜を形成した。
〔実験例2〕
材質及び寸法が実験例1と同様のバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに、市販されているウレタン系エラストマーを複数種類の厚みで塗膜した。
[Experimental Example 1]
The material of the backing rings 5A and 5B was S45C, the dimensions of each part were an inner diameter of 120 mm, an outer diameter of 170 mm, and a length of 70 mm, and the contact area with the end faces of the
A silver film as a stress fluctuation absorbing layer was formed on the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B by plating so as to have a thickness of 2 to 50 μm. Specifically, the portions other than the end faces 5a and 5b are coated with a chloroprene-based masking agent, subjected to alkali degreasing and acid cleaning, and then subjected to copper strike plating of 1 μm, and the surfaces of the end faces 5a and 5b are electroplated. Then, a silver coating was applied. In addition, the film thickness of a silver film formed the silver film from which a film thickness differs by controlling the electrolysis current and electrolysis time per unit area.
[Experimental example 2]
On the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B having the same material and dimensions as those of Experimental Example 1, a commercially available urethane-based elastomer was coated in a plurality of thicknesses.
〔実験例3〕
材質及び寸法が実験例1と同様のバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに、予め燐酸マンガンの化成処理を施し、その上に4フッ化エチレンと熱硬化性樹脂との混合物の被膜処理を施した。化成処理は、膜重量として、約5.0g/m2 (膜厚:約4μm〜5μm)の燐酸マンガン塩処理である。そして、上層の樹脂塗膜層は、4フッ化エチレン1に対しポリアミドイミド4の割合の被膜層であって、その被膜法は、4フッ化エチレンとポリアミドイミドとの上記比率の混合物をそれらと同じ重量比の有機溶剤で分散液としたものを、エアーを用いたスプレーガンで塗膜層を形成し、200度で1時間の加熱処理を施して、端面5a,5bに被覆する、という方法である。なお、被膜の厚みは、複数種類形成した。
[Experimental Example 3]
The end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B having the same material and dimensions as those of Experimental Example 1 are preliminarily subjected to a chemical conversion treatment of manganese phosphate, and a coating treatment of a mixture of tetrafluoroethylene and a thermosetting resin is performed thereon. gave. The chemical conversion treatment is a manganese phosphate salt treatment having a membrane weight of about 5.0 g / m 2 (film thickness: about 4 μm to 5 μm). The upper resin coating layer is a coating layer having a ratio of
なお、この表1中の各記号の意味は、下記の通りである。
○:フレッティング発生無し
△:一部フレッティング発生
×:全面フレッティング発生
In addition, the meaning of each symbol in this Table 1 is as follows.
○: No fretting occurred △: Partial fretting occurred ×: Full fretting occurred
これら表1,表2からも明らかなように、実験例1〜3のいずれであっても、比較例に比べてフレッティングの防止効果があることが確認できた。
実験例1の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、応力変動が硬度の低い銀等のメッキ層に作用し、そのメッキ層に磨耗が生じ、内輪2c,2d端面やバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bにはフレッティングは生じないからである。
As is clear from Tables 1 and 2, it was confirmed that any of Experimental Examples 1 to 3 has an effect of preventing fretting as compared with the comparative example.
In the configuration of Experimental Example 1, the fretting prevention effect is obtained because the stress fluctuation acts on a plated layer made of silver or the like having a low hardness, and the plated layer is worn, and the
実験例2の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、介在させた物質の弾性力が小さくて降伏点が存在すれば、内輪2c,2d端面やバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに働く応力が吸収されるからである。また、その介在させた物質の塑性変形によってそれら端面間に隙間ができないため、衝撃がより緩和される結果、実験例1の場合よりもフレッティング防止効果が向上すると考えられる。
In the configuration of Experimental Example 2, the fretting prevention effect can be obtained when the elastic force of the intervening substance is small and there is a yield point, on the end faces 5a and 5b of the
実験例3の構成でフレッティング防止効果が得られるのは、実験例2の場合と同様であるが、その介在させた物質が自己潤滑性を有しているため、特に顕著なフレッティング防止効果が得られる。つまり、金属表面に化成処理を施し、その上に固体潤滑剤粒子を含有したマトリックス樹脂層を形成させた実験例3の構造が、上記実験例1〜3の中ではフレッティングを防止する上で最も好ましい。 In the configuration of Experimental Example 3, the fretting prevention effect is obtained in the same manner as in Experimental Example 2. However, since the intervening substance has self-lubricating properties, a particularly remarkable fretting prevention effect is obtained. Is obtained. In other words, the structure of Experimental Example 3 in which the metal surface is subjected to chemical conversion treatment and the matrix resin layer containing solid lubricant particles is formed thereon prevents fretting in Experimental Examples 1 to 3 above. Most preferred.
そして、比較例における未処理のバッキングリングのフレッティングによる磨耗量が一応の限界値である150μmに至るまでの耐久時間が450時間であることから、その耐久時間をクリアできる応力変動吸収層の膜厚をフレッティング防止に有効な膜厚とすれば、実験例1の構造での膜厚下限値は50μm、実験例2の構造での膜厚下限値は30μm、実験例3の構造での膜厚下限値は5μmがそれぞれ好ましいと言える。 And since the durability time until the amount of wear due to fretting of the untreated backing ring in the comparative example reaches a temporary limit value of 150 μm is 450 hours, the film of the stress fluctuation absorbing layer that can clear the durability time If the thickness is effective for preventing fretting, the lower limit value of the film thickness in the structure of Experimental Example 1 is 50 μm, the lower limit value of the film thickness in the structure of Experimental Example 2 is 30 μm, and the film having the structure of Experimental Example 3 is used. It can be said that the thickness lower limit is preferably 5 μm.
これに対し、いずれの構造でも応力変動吸収層が100μmを越えると、応力変動吸収層にクラックや剥離が発生しやすくなるため、逆にフレッティング防止に対して悪影響が及ぼされることが確認されている。よって、応力変動吸収層の膜厚上限値は100μmが好ましい。
特にフレッティング防止効果が顕著である実験例3の構造では、上記の理由から有効と考えられる応力変動吸収層の膜厚は5μm〜100μmであるが、20μm〜100μmの範囲内とすることがさらに好ましい。
On the other hand, in any structure, if the stress fluctuation absorption layer exceeds 100 μm, cracks and peeling are likely to occur in the stress fluctuation absorption layer, and it has been confirmed that it adversely affects fretting prevention. Yes. Therefore, the upper limit value of the thickness of the stress fluctuation absorbing layer is preferably 100 μm.
In particular, in the structure of Experimental Example 3 in which the effect of preventing fretting is remarkable, the thickness of the stress fluctuation absorbing layer considered to be effective for the above-described reason is 5 μm to 100 μm, but it is further preferable to set the thickness within the range of 20 μm to 100 μm. preferable.
なお、上記実験例1の各種条件のうち、ストライクメッキは銅に限定されるものではなく、ニッケル等その他の金属であっても同様の効果が得られることを確認している。また、ストライクメッキの厚みも、0.5μm〜5.0μmの範囲でも同様の効果が得られることを確認している。銀の他に、鉛や錫等の他の軟質金属も、銀の場合と略同等の効果が得られることが確認されているため、端面5a,5bには銀以外の金属をメッキしてもよく、これら銀,鉛,亜鉛,錫等がフレッティング防止に有効である。要は、内輪2c,2dの材質及びバッキングリング5A,5Bの材質の双方よりも硬度の低い材質の被膜であれば、実験例1と同様の効果が得られるのである。
Of the various conditions of Experimental Example 1, strike plating is not limited to copper, and it has been confirmed that similar effects can be obtained even with other metals such as nickel. Further, it has been confirmed that the same effect can be obtained even when the thickness of the strike plating is in the range of 0.5 to 5.0 μm. In addition to silver, other soft metals such as lead and tin have been confirmed to have substantially the same effect as silver, so even if the end surfaces 5a and 5b are plated with a metal other than silver. These silver, lead, zinc, tin, etc. are effective in preventing fretting. In short, the same effect as in Experimental Example 1 can be obtained as long as the coating is made of a material having a lower hardness than both the material of the
また、上記実験例2のように端面5a,5bに塗膜して応力変動吸収層を形成する場合、その応力変動吸収層を形成する物質はエラストマーに限定されるものではなく、粘弾性体であれば、熱可塑性、熱硬化性、若しくはゴムと樹脂の重合体であるサーモプラスチックエラストマーや、シリコン配合樹脂を使用しても、上記実験例2と同様な効果が得られることが確認されている。さらに、そのような物質をシート状に形成し、これを内輪2c,2d端面と端面5a,5bとの間に挟み込むか、或いはそのようなシート状にしたものを少なくとも一方の端面に固着しても、上記実験例2と同様な効果が得られる。要は、それら端面間に、内輪2c,2dの材質及びバッキングリング5A,5Bの材質の双方よりも弾性係数が小さく降伏点のある材質からなる層を介在させれば、実験例2と同様の効果が得られるのである。
In addition, when the stress fluctuation absorbing layer is formed by coating the end faces 5a and 5b as in Experimental Example 2, the material forming the stress fluctuation absorbing layer is not limited to the elastomer, but is a viscoelastic body. If present, it is confirmed that the same effect as in Experimental Example 2 can be obtained even if a thermoplastic, thermosetting, or a thermoplastic elastomer, which is a polymer of rubber and resin, or a silicon compounded resin is used. . Further, such a substance is formed into a sheet shape, and this is sandwiched between the end faces of the
さらに、上記実験例3における化成処理膜は、燐酸マンガン塩に限定されるものではなく、燐酸亜鉛、燐酸カルシウム、燐酸鉄等の塩でも適用可能であり、膜重量も1.0g/m2 以上であれば同様の効果が得られる。また、樹脂塗膜中の固体潤滑剤粒子は、自己潤滑性のある粒子であれば、他の固体潤滑剤粒子であってもフレッティングを防止できることが確認されている。また、上層の樹脂層はポリアミドイミドの他、エポキシ、ウレタン、フェノール等のように金属より弾性係数が小さい粘弾性体であれば何でもよい。 Furthermore, the chemical conversion treatment film in Experimental Example 3 is not limited to the manganese phosphate salt, but can be applied to a salt such as zinc phosphate, calcium phosphate, iron phosphate, and the film weight is 1.0 g / m 2 or more. If so, the same effect can be obtained. Further, it has been confirmed that fretting can be prevented even if the solid lubricant particles in the resin coating film are self-lubricating particles even if they are other solid lubricant particles. Further, the upper resin layer may be any viscoelastic material having an elastic coefficient smaller than that of metal such as epoxy, urethane, phenol, etc. in addition to polyamideimide.
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例1〜3と同様である。
〔実験例4〕
4フッ化エチレン70wt%、住友化学株式会社製のエコノール(商品名)30wt%を配合し、焼結した材料を厚さ0.3mmのシートとし、そのシートをバッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに接着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の2液硬化型エポキシを使用し、その接着剤をシート全面に塗布して80℃で硬化させた。
なお、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bには、予め燐酸マンガン塩被膜を5μm施し、上記シートは、ナトリウムのナフタレン溶液で活性化処理を施しておいた。
Next, another experimental example conducted by the present inventors will be described. Note that the experimental conditions and the experimental method are not particularly limited, and are the same as in Experimental Examples 1 to 3 described above.
[Experimental Example 4]
A blend of 70 wt% of tetrafluoroethylene and 30 wt% of Econol (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., and the sintered material is made into a sheet having a thickness of 0.3 mm, and this sheet is used as the
The end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B were preliminarily coated with a 5 μm manganese phosphate coating, and the sheet was activated with a sodium naphthalene solution.
〔実験例5〕
4フッ化エチレン85wt%、デュポン社製のポリイミド15wt%配合し、焼結した材料を厚さ0.6mmのシートとし、そのシートを、軸受2の各内輪2c,2dのバッキングリング5A,5B側の端面に接着した。接着剤には、スリーボンド株式会社製の2液硬化型エポキシを使用し、シートをアルゴンガスでドライエッチングした後に、各内輪2c,2dの端面に接着した。
これら実験例4,5における表面の観察結果の一部を表3に示す。表3中の記号の意味は、表1の場合と同様である。なお、経過時間は、上記実験例1〜3とは異なり、500〜3500時間とした。
[Experimental Example 5]
The material obtained by blending 85 wt% of tetrafluoroethylene and 15 wt% of DuPont polyimide and making the sintered material a 0.6 mm thick sheet is used as the
Table 3 shows a part of the observation results of the surfaces in Experimental Examples 4 and 5. The meaning of the symbols in Table 3 is the same as in Table 1. The elapsed time was 500 to 3500 hours, unlike the experimental examples 1 to 3.
この実験例4,5から、応力変動吸収層として、4フッ化エチレンのシート材に耐磨耗材を混合させたものを使用すると、フレッティング防止効果が極めて顕著になることが判った。また、応力変動吸収層は、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bでも、内輪2a,2d側の端面でも、同等のフレッティング防止効果が得られることも判った。さらに、シート表面に、化学的又は物理的な活性化処理を施すことにより、バッキングリング5A,5B、内輪2a,2dとの密着性が向上することも確認された。特にシート材は、コーティング材と異なりシートの厚みが増加しても、応力変動によるクラックやわれ等が発生せず、フレッティングに対して耐久性が優れている。
From Experimental Examples 4 and 5, it was found that the fretting-preventing effect becomes extremely remarkable when the stress fluctuation absorbing layer is made by mixing a tetrafluoroethylene sheet material with an abrasion resistant material. It was also found that the stress fluctuation absorbing layer can provide the same fretting prevention effect on the end faces 5a, 5b of the backing rings 5A, 5B and the end faces on the
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例1〜3と同様である。
〔実験例6〕
バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに、高硬度層10として、クロム層を、メッキ処理により1〜20μm形成し、その端面5a,5bの表面硬度を1100Hvとした(図3参照)。
Next, another experimental example conducted by the present inventors will be described. Note that the experimental conditions and the experimental method are not particularly limited, and are the same as in Experimental Examples 1 to 3 described above.
[Experimental Example 6]
A chromium layer was formed as a
〔実験例7〕
バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに、高硬度層10として、TiC被膜を、イオンプレーティングにより2μm形成し、その端面5a,5bの表面硬度を2300Hvとした(図3参照)。
〔実験例8〕
バッキングリング5A,5Bを軸受材質と同じ鋼炭素クロム鋼で形成するとともに、その端面5a,5bに浸炭窒化処理を施して高硬度層10を形成し、それら端面5a,5bの硬度を、内輪2a,2dの端面の硬度と同等以上とした(図3参照)。
これら実験例6〜8における表面の観察結果の一部を表4に示す。表4中の記号の意味は、表1の場合と同様である。
[Experimental Example 7]
A TiC film having a thickness of 2 μm was formed by ion plating as the
[Experimental Example 8]
The backing rings 5A and 5B are formed of the same carbon steel as the bearing material, and the end surfaces 5a and 5b are subjected to carbonitriding to form the
Table 4 shows a part of the observation results of the surfaces in Experimental Examples 6 to 8. The meaning of the symbols in Table 4 is the same as in Table 1.
これら実験例6〜8から、応力変動の影響を低減するために、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに高硬度層10を形成することにより、充分なフレッティング抑制効果が得られることが判った。
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例1〜3と同様である。
〔実験例9〕
バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bにクラウニング加工を施すことにより、内輪2a,2bの端面のエッジ部13が、端面5a,5bに接触しないようにした(図4参照)。
From these experimental examples 6-8, in order to reduce the influence of stress fluctuation, it is possible to obtain a sufficient fretting suppression effect by forming the
Next, another experimental example conducted by the present inventors will be described. Note that the experimental conditions and the experimental method are not particularly limited, and are the same as in Experimental Examples 1 to 3 described above.
[Experimental Example 9]
By applying crowning to the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B, the
〔実験例10〕
バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bにテーパ面14を形成することにより、内輪2a,2bの端面のエッジ部13が、端面5a,5bに接触しないようにした(図5参照)。
これら実験例9,10における表面の観察結果の一部を表5に示す。表5中の記号の意味は、表1の場合と同様である。
[Experimental Example 10]
By forming tapered
Table 5 shows some of the observation results of the surfaces in Experimental Examples 9 and 10. The meanings of symbols in Table 5 are the same as those in Table 1.
これら実験例9,10から、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bの形状をクラウニング形状やテーパ形状とすることにより、エッジ部13がその端面5a,5bに接触しないようすれば、充分なフレッティング抑制効果が得られることが判った。
次に、本発明者等が行った他の実験例について説明する。なお、実験条件及び実験方法は、特に限定していないものについては、上記実験例1〜3と同様である。
〔実験例11〕
実験例1と実験例9とを組み合わせた(図6参照)。
〔実験例12〕
実験例3と実験例10とを組み合わせた(図7参照)。
〔実験例13〕
実験例6と実験例6とを組み合わせた(図6参照)。
〔実験例14〕
実験例8と実験例10とを組み合わせた(図7参照)。
これら実験例11〜14における表面の観察結果の一部を表6に示す。表6中の記号の意味は、表1の場合と同様である。
From these experimental examples 9 and 10, if the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B have a crowning shape or a tapered shape so that the
Next, another experimental example conducted by the present inventors will be described. Note that the experimental conditions and the experimental method are not particularly limited, and are the same as in Experimental Examples 1 to 3 described above.
[Experimental Example 11]
Experimental Example 1 and Experimental Example 9 were combined (see FIG. 6).
[Experimental Example 12]
Experimental Example 3 and Experimental Example 10 were combined (see FIG. 7).
[Experimental Example 13]
Experimental Example 6 and Experimental Example 6 were combined (see FIG. 6).
[Experiment 14]
Experimental Example 8 and Experimental Example 10 were combined (see FIG. 7).
Table 6 shows a part of the surface observation results in these experimental examples 11-14. The meanings of symbols in Table 6 are the same as those in Table 1.
これら実験例11〜14によれば、応力変動吸収層又は高硬度層によるフレッティング抑制効果と、バッキングリング5A,5Bの端面5a,5bに形成したクラウニング形状又はテーパ形状によるフレッティング抑制効果との両方が得られるため、フレッティングが発生する時間を大幅に遅らせることができ、保守点検の頻度を極めて大幅に低減できるようになる。 According to these experimental examples 11 to 14, the fretting suppression effect by the stress fluctuation absorbing layer or the high hardness layer and the fretting suppression effect by the crowning shape or the taper shape formed on the end faces 5a and 5b of the backing rings 5A and 5B. Since both are obtained, the time when fretting occurs can be greatly delayed, and the frequency of maintenance inspection can be greatly reduced.
1 車軸(回転軸)
2 軸受
2a 転動体
2c,2d 内輪
2e 外輪
5A,5B バッキングリング
5a,5b 端面
7A,7B オイルシール
10 高硬度層
11 チャンファ部
12 平面部
13 エッジ部
14 テーパ面
20 応力変動吸収層
1 axle (rotating shaft)
2
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JP2017150520A (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Abrasion preventing structure of bearing |
-
2006
- 2006-03-20 JP JP2006076276A patent/JP2006153285A/en active Pending
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