JP2006300079A - Roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば工作機械、航空機、ガスタービン等の回転支持部に用いられる円筒ころ軸受等のころ軸受の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a roller bearing such as a cylindrical roller bearing used in a rotation support portion of a machine tool, an aircraft, a gas turbine, or the like.
従来、工作機械等の回転支持部に用いられる円筒ころ軸受は、剛性を重視することから、一般的に負のラジアルすきまで使用することが多い。しかし、軸受使用中の温度上昇により、内輪のほうが外輪よりも温度が高くなるため、熱膨張により負のラジアルすきまが増大して軌道輪に加わる転動体荷重が大きくなり、その結果、発熱が促進されて高速回転時の焼付きの原因になる虞れがあった。 Conventionally, a cylindrical roller bearing used for a rotation support part of a machine tool or the like is often used up to a negative radial clearance, since importance is attached to rigidity. However, since the temperature of the inner ring is higher than that of the outer ring due to the temperature rise during use of the bearing, the negative radial clearance increases due to thermal expansion and the rolling element load applied to the raceway increases, resulting in accelerated heat generation. There has been a risk of causing seizure during high-speed rotation.
そこで、このような問題に対処するために、従来においては、図9及び図10に示す円筒ころ軸受が提案されている(例えば特許文献1参照)。
この円筒ころ軸受は、外輪1の軌道面1aと内輪2の軌道面2aとの間に転動体としての複数の円筒ころ3が周方向に転動可能に配設されており、外輪1及び内輪2の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面1a(又は2a)と離反する周面の軸方向中間部、即ち、図9の場合は、内輪2の内周面の軸方向中間部に、図10の場合は、外輪1の外周面の軸方向中間部に、それぞれ円筒ころ3の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝4を周方向に沿って設けたものである。
In order to cope with such a problem, conventionally, cylindrical roller bearings shown in FIGS. 9 and 10 have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In this cylindrical roller bearing, a plurality of
このように、外輪1の外周面又は内輪2の内周面の軸方向中間部に、円筒ころ3の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝4を周方向に沿って設けることで、逃げ溝4を設けた外輪1又は内輪2を半径方向に変形しやすくして、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、逃げ溝を設けた軌道輪の熱膨張を小さくして該軌道輪に加わる転動体荷重を緩和し、これにより、発熱を抑制して軸受の高速回転を可能としている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の円筒ころ軸受においては、逃げ溝4を設けた外輪1又は内輪2の該逃げ溝4の軸方向両端側での剛性が高いため、この部分で外輪1又は内輪2が半径方向に変形しにくく、しかも円筒ころ3の軸方向の応力分布においてエッジロードが軸方向の両端側に発生しやすいため、軸受寿命を低下させる原因になる虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、温度上昇時に軌道輪に加わる転動体荷重を緩和して高速回転を可能にすることができると共に、ころのエッジロードを軽減して軸受寿命の向上を図ることができるころ軸受を提供することを目的とする。
However, in the cylindrical roller bearing described in Patent Document 1, since the rigidity of the outer ring 1 or the
The present invention has been made to eliminate such inconveniences, and can reduce the load on the rolling elements applied to the raceway when the temperature rises to enable high-speed rotation and reduce the edge load of the rollers. An object of the present invention is to provide a roller bearing capable of improving the bearing life.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、一対の軌道輪の各軌道面間に転動体としての複数のころが周方向に転動可能に配設されたころ軸受であって、
前記一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、前記ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ前記逃げ溝を設けた前記軌道輪の軸方向端面にノッチを設けたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記逃げ溝に、熱伝導媒体を封入したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a roller bearing in which a plurality of rollers as rolling elements are arranged so as to be able to roll in the circumferential direction between the raceway surfaces of a pair of raceways. ,
A clearance groove having a groove width equal to or greater than the axial length of the roller is provided along the circumferential direction at an axially intermediate portion of the circumferential surface separated from the raceway surface of at least one of the pair of raceways. And the notch was provided in the axial direction end surface of the said bearing ring which provided the said escape groove.
The invention according to
本発明によれば、一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ逃げ溝を設けた軌道輪の軸方向端面にノッチを設けることで、逃げ溝を設けた部分の剛性のみならず、該逃げ溝の軸方向の両端側の剛性についても低くすることができるので、逃げ溝を設けた軌道輪を半径方向により変形しやすくすることができる。 According to the present invention, a clearance groove having a groove width equal to or greater than the axial length of the roller is provided in the circumferential direction at an axially intermediate portion of the circumferential surface separated from the raceway surface of at least one of the pair of raceways. By providing a notch on the axial end surface of the race ring provided with a clearance groove, not only the rigidity of the portion where the clearance groove is provided but also the rigidity of both ends in the axial direction of the clearance groove is low. Therefore, it is possible to make the race ring provided with the relief groove easier to deform in the radial direction.
これにより、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、逃げ溝を設けた軌道輪の熱膨張を小さくして該軌道輪に加わる転動体荷重を緩和することができ、この結果、発熱が抑制されて軸受の高速回転を可能にすることができる。
また、逃げ溝を設けた軌道輪の軸方向端面にノッチを設けることで、該軌道輪の軌道面における軸方向中央部と端部とでの剛性の差が小さくなってころの軸方向の応力分布を均一化することができ、これにより、ころのエッジロードが軽減して軸受寿命の向上を図ることができる。
Thereby, against the increase of the negative radial clearance due to the temperature rise of the bearing, it is possible to reduce the thermal expansion of the bearing ring provided with the relief groove and reduce the rolling element load applied to the bearing ring. Heat generation is suppressed and high speed rotation of the bearing can be achieved.
In addition, by providing a notch on the axial end surface of the raceway with a relief groove, the difference in rigidity between the axial center and end of the raceway surface of the raceway is reduced, and the axial stress of the roller is reduced. The distribution can be made uniform, thereby reducing the edge load of the rollers and improving the bearing life.
更に、逃げ溝に熱伝導媒体を封入することで、軌道輪の嵌合面に接触しない逃げ溝部分に熱がこもるのを防止することができ、これにより、軸の熱が内輪、ころ及び外輪へと効率よく伝導して、軸の昇温、ひいては外輪又は内輪の昇温を抑制することができると共に、内外輪の温度差が大きくなるのを防止することができる。 Further, by encapsulating the heat transfer medium in the escape groove, it is possible to prevent heat from being trapped in the escape groove portion that does not contact the fitting surface of the raceway ring. As a result, the temperature of the shaft and thus the temperature of the outer ring or the inner ring can be suppressed, and the temperature difference between the inner and outer rings can be prevented from increasing.
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態の一例である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図、図2〜図4は本発明の他の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
本発明の実施の形態の一例である円筒ころ軸受10は、外輪(軌道輪)11の軌道面11aと内輪(軌道輪)12の軌道面12aとの間に転動体としての複数の円筒ころ13が周方向に転動可能に配設されており、外輪11はハウジング20に内嵌され、内輪12は回転軸21に外嵌されている。なお、この実施の形態では保持器を省略しているが、保持器を適用してもよいのは勿論であり、また、保持器の形式についても特に限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part for explaining a cylindrical roller bearing which is an example of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are diagrams for explaining a cylindrical roller bearing which is another embodiment of the present invention. It is principal part sectional drawing.
A cylindrical roller bearing 10, which is an example of an embodiment of the present invention, includes a plurality of
ここで、この実施の形態では、内輪12の内周面(内輪12の軌道面12aと離反する周面)の軸方向中間部に、円筒ころ13の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝14が周方向全周に沿って設けられている。
また、逃げ溝14を設けた内輪12の軸方向両端面にそれぞれノッチ(切欠き)15が周方向全周に沿って設けられており、このノッチ15の底部は応力集中を避けるためにR状に形成されている。
Here, in this embodiment, a uniform groove width equal to or greater than the axial length of the
In addition, notches (notches) 15 are provided along the entire circumference in the axial direction at both end surfaces of the
このようにこの実施の形態では、内輪12の外周面の軸方向中間部に、円筒ころ13の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝14を周方向全周に沿って設け、且つ逃げ溝14を設けた内輪12の軸方向両端面にそれぞれノッチ15を周方向全周に沿って設けているので、逃げ溝14を設けた部分の剛性のみならず、該逃げ溝14の軸方向の両端側の剛性についても低くすることができ、従って、逃げ溝14を設けた内輪12を半径方向により変形しやすくすることができる。
As described above, in this embodiment, the
これにより、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、内輪12の軌道面12aの熱膨張を小さくして内輪12に加わる転動体荷重を緩和することができ、この結果、発熱が抑制されて軸受の高速回転を可能にすることができる。
また、逃げ溝12を設けた内輪12の軸方向両端面にそれぞれノッチ15を設けているので、該内輪12の軌道面12aにおける軸方向中央部と端部とでの剛性の差を小さくすることができ、これにより、円筒ころ13の軸方向の応力分布が均−化して、円筒ころ13のエッジロードが軽減し、軸受寿命の向上を図ることができる。
Thereby, against the increase of the negative radial clearance due to the temperature rise of the bearing, the thermal expansion of the
Further, since the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、内輪12の内周面の軸方向中間部に円筒ころ13の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝14設けると共に、該内輪12の軸方向両端面にそれぞれノッチ15を設けた場合を例示したが、これに代えて、図2に示すように、外輪11の外周面(外輪11の軌道面11aと離反する周面)の軸方向中間部に円筒ころ13の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝14を設けると共に、該外輪11の軸方向両端面にそれぞれノッチ15を設けるようにしても上記同様の作用効果を得ることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
For example, in each of the above embodiments, the
また、上記実施の形態では、逃げ溝14を空間部のままの状態としているが、これに代えて、図3及び図4に示すように、内輪12の内周面に設けた逃げ溝14及び外輪11の外周面に設けた逃げ溝14に、例えばグリースにカーボン粉や鋼粉を混入した熱伝導媒体16を封入してもよい。
このようにすると、内輪12又は外輪11の回転軸21やハウジング20の嵌合面に接触しない逃げ溝14部分に熱がこもるのを防止することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the
If it does in this way, it can prevent that the heat | fever accumulates in the
これにより、回転軸21の熱が内輪12、円筒ころ13及び外輪11へと効率よく伝導して、回転軸21の昇温、ひいては逃げ溝14を設けた内輪12又は外輪11の昇温を抑制することができ、更には、内輪12と外輪11との温度差が大きくなるのを防止することができる。
その他、上記各実施の形態において例示した軌道輪、軌道面間、円筒ころ、逃げ溝、ノッチ、熱伝導媒体等の材質,形状,寸法,形態,数,配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
Thereby, the heat of the rotating
In addition, the materials, shapes, dimensions, forms, numbers, locations, etc., of the bearing rings, raceway surfaces, cylindrical rollers, relief grooves, notches, heat conduction media, etc. exemplified in the above embodiments can achieve the present invention. As long as it is arbitrary, it is not limited.
次に、本発明の効果を確認するために、円筒ころ軸受の内輪12と回転軸21との間にしめしろを与えた場合の内輪12の軌道面12aの軸受温度上昇による熱膨張量を計算により解析した。
この解析は、従来例1〜3及び本発明例1,2で行い、従来例1は通常の円筒ころ軸受(ノッチ、逃げ溝なし)、従来例2,3は共にノッチ15なし、逃げ溝14あり、本発明例1,2は共にノッチ15あり、逃げ溝14ありとした。
Next, in order to confirm the effect of the present invention, the amount of thermal expansion due to the bearing temperature rise of the
This analysis is performed in Conventional Examples 1 to 3 and Invention Examples 1 and 2. Conventional Example 1 is a normal cylindrical roller bearing (notch and no relief groove), Conventional Examples 2 and 3 are both
従来例2,3及び本発明例1,2のノッチ15と逃げ溝14はいずれも内輪12側に図1と同様にして設け、ノッチ15の深さlはいずれも1.6mmとした。また、従来例2と従来例3及び本発明例1と本発明例2は逃げ溝14の軸方向幅を変えており、従来例2と本発明例1はt=22%、従来例3と本発明例2はt=11%とした。
ここで、tとは、図8を参照して、内輪12の端面から逃げ溝14までの寸法をL、軸受幅をBとした場合に、t=(2L/B)とされ、軸受幅Bに対する逃げ溝14を除く両端部の総幅2L(L:L1 ,L2 )の割合を示している。従って、tの値が小さい程、逃げ溝14の軸方向の幅寸法は長くなる。
The
Here, t is t = (2 L / B) where L is the dimension from the end face of the
また、解析対象である円筒ころ軸受としては、軸受型番:N1011(内径φ55mm、外径φ90mm、幅18mm、外輪つばなし、内輪両つば、ころ径φ8mm、ころ長さ8mm)を用い、ノッチ15及び逃げ溝14の有無以外は従来例1〜3及び本発明例1,2のいずれも同一条件とした。
軸受幅18mmであるので、従来例2と本発明例1はt=22%からL=1.98mm、従来例3と本発明例2はt=11%からL=0.99mmとなる。ノッチ15の深さlは1.6mmであるので、図8において、従来例2と本発明例1はl<Lとなり、軸方向においてノッチ15と逃げ溝14の重なりが生じない場合(L2 )、従来例3と本発明例2はl>Lとなり、軸方向においてノッチ15と逃げ溝14の重なりが生じる場合(L1 )である。
Further, as a cylindrical roller bearing to be analyzed, a bearing model number: N1011 (inner diameter φ55 mm, outer diameter φ90 mm, width 18 mm, outer ring collar, inner ring ribs, roller diameter φ8 mm, roller length 8 mm) is used. Except for the presence or absence of the
Since the bearing width is 18 mm, Conventional Example 2 and Invention Example 1 are t = 22% to L = 1.98 mm, and Conventional Example 3 and Invention Example 2 are t = 11% to L = 0.99 mm. Since the depth l of the
図5〜図7に内輪軌道面の膨張量の解析結果を示す。なお、図5は本発明例1,2及び従来例1〜3における内輪軌道面の膨張量としめしろとの関係を示し、図6は本発明例2及び従来例3における内輪軌道面の軸方向中央部及び端部それぞれの膨張量としめしろとの関係を示し、図7は本発明例1,2及び従来例2,3における内輪軌道面の軸方向中央部と端部との膨張量差と、しめしろとの関係を示している。 5 to 7 show analysis results of the expansion amount of the inner ring raceway surface. 5 shows the relationship between the expansion amount of the inner ring raceway surface and the interference in Examples 1 and 2 of the present invention and Conventional Examples 1 to 3, and FIG. 6 shows the axis of the inner ring raceway surface in Examples 2 and 3 of the present invention. FIG. 7 shows the relationship between the amount of expansion and the interference between the center portion in the direction and the end portion, and FIG. It shows the relationship between the difference and interference.
まず、図5から明らかなように、ノッチ15及び逃げ溝14を設けていない従来例1に比べて、逃げ溝14を設けた従来例2,3及び本発明例1,2の方が内輪12の軌道面12aの膨張量が小さくなっている。
また、逃げ溝14の軸方向の幅寸法が同じ条件では、逃げ溝14のみを設けた従来例2,3よりも逃げ溝14とノッチ15の両方を設けた本発明例1,2の方が内輪12の軌道面12aの膨張量が小さくなっており、更に、従来例2,3及び本発明例1,2共に、逃げ溝14の軸方向の幅寸法が長い程、内輪12の軌道面12aの膨張量が小さくなっているのが判る。
First, as apparent from FIG. 5, the prior art examples 2 and 3 and the inventive examples 1 and 2 having the
Further, in the conditions where the axial width dimension of the
また、図6及び図7から明らかなように、本発明例1,2及び従来例2,3における内輪12の軌道面12aの軸方向中央部と端部との膨張量差は、逃げ溝14のみを設けた従来例2,3よりも逃げ溝14とノッチ15の両方を設けた本発明例1,2の方が小さくなっているのが判る。
例えば、t=11%とした従来例3及び本発明例2の計算例において、しめしろ10μmにおける従来例3の内輪12の軌道面12aの膨張量は、図6に示すように、中央で5.47mm、端で6.03mmで、その差は0.56mm(図7参照)であるのに対し、本発明例2の内輪12の軌道面12aの膨張量は、図6に示すように、中央で5.26mm、端で4.86mmで、その差は0.4mm(図7参照)となり、従来例3より小さくなっているのが判る。
As apparent from FIGS. 6 and 7, the difference in the amount of expansion between the center portion in the axial direction of the
For example, in the calculation examples of Conventional Example 3 and Invention Example 2 where t = 11%, the expansion amount of the
また、図7から、l>Lとした従来例3及び本発明例2は、l<Lとした従来例2及び本発明例1よりそれぞれ内輪軌道面膨張量差が小さくなっている。このことから、図8において、軸方向においてノッチ15と逃げ溝14の重なりが生じるようにした場合(L1 )の方が、軸方向においてノッチ15と逃げ溝14の重なりが生じない場合(L2 )より内輪軌道面膨張量差が小さくなる。
Further, from FIG. 7, the difference in the inner ring raceway surface expansion amount is smaller in Conventional Example 3 and Invention Example 2 where l> L than in Conventional Example 2 and Invention Example 1 where l <L. Accordingly, in FIG. 8, when the overlap between the
以上の結果から、逃げ溝14のみを設けた従来例2,3よりも逃げ溝14とノッチ15の両方を設けた本発明例1,2の方が内輪12の軌道面12aの軸方向中央部と端部との膨張量の差が小さくなり、軸受温度上昇時に内輪12に加わる転動体荷重を緩和できると共に、円筒ころ13のエッジロードを軽減できることが確認できた。
From the above results, the first and second embodiments of the present invention in which both the
10 円筒ころ軸受
11 外輪(軌道輪)
11a 軌道面
12 内輪(軌道輪)
12a 軌道面
13 円筒ころ
14 逃げ溝
15 ノッチ
16 熱伝導媒体
10
Claims (2)
前記一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、前記ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ前記逃げ溝を設けた前記軌道輪の軸方向端面にノッチを設けたことを特徴とするころ軸受。 A roller bearing in which a plurality of rollers as rolling elements are disposed between the raceway surfaces of a pair of raceways so as to roll in the circumferential direction,
A clearance groove having a groove width equal to or greater than the axial length of the roller is provided along the circumferential direction at an axially intermediate portion of the circumferential surface separated from the raceway surface of at least one of the pair of raceways. And the roller bearing characterized by providing the notch in the axial direction end surface of the said bearing ring which provided the said escape groove.
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